EP1891181B1 - Liquid-crystalline medium and liquid crystal display with 1,2-difluoroethene compounds - Google Patents
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- C09K19/12—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings at least two benzene rings directly linked, e.g. biphenyls
- C09K2019/121—Compounds containing phenylene-1,4-diyl (-Ph-)
- C09K2019/123—Ph-Ph-Ph
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- C09K19/3402—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least one heterocyclic ring having oxygen as hetero atom
- C09K2019/3422—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least one heterocyclic ring having oxygen as hetero atom the heterocyclic ring being a six-membered ring
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- C09K2323/00—Functional layers of liquid crystal optical display excluding electroactive liquid crystal layer characterised by chemical composition
Definitions
- the present invention relates to a liquid-crystalline medium containing 1,2-difluoroethene compounds, and to its use for electro-optical purposes and displays containing this medium.
- New 1,2-difluoroethene compounds of the invention are disclosed.
- Liquid crystals are mainly used as dielectrics in display devices, since the optical properties of such substances can be influenced by an applied voltage.
- Electro-optical devices based on liquid crystals are well known to the person skilled in the art and can be based on various effects. Such devices include, for example, dynamic scattering cells, DAP cells (upright phase deformation), guest / host cells, twisted nematic (TN) cells, super-twisted nematic (STN) cells, SBE cells ("superbirefringence effect”) and OMI cells ("optical mode interference").
- DAP cells upright phase deformation
- guest / host cells guest / host cells
- TN twisted nematic
- STN super-twisted nematic
- SBE cells superbirefringence effect
- OMI cells optical mode interference
- the TN, STN and IPS cells are currently commercially interesting fields of use for the media according to the invention.
- the liquid crystal materials must have good chemical and thermal stability and good stability against electric fields and electromagnetic radiation. Further, the liquid crystal materials should have a low viscosity and give short response times, low threshold voltages and high contrast in the cells.
- nematic or cholesteric mesophase should have a suitable mesophase at usual operating temperatures, ie in the widest possible range below and above room temperature, for example, for the above-mentioned cells a nematic or cholesteric mesophase.
- liquid crystals usually used as mixtures of several components, it is important that the components are readily miscible with each other.
- Other properties, such as electrical conductivity, dielectric anisotropy and optical anisotropy must meet different requirements depending on the type of cell and the field of application.
- materials for cells of twisted nematic structure should have positive dielectric anisotropy and low electrical conductivity.
- MFK displays matrix liquid crystal displays with integrated non-linear elements for single pixel switching (MFK displays)
- media with high positive dielectric anisotropy, broad nematic phases, relatively low birefringence, very high resistivity, good UV and temperature stability, and lower vapor pressure are desired .
- the TN effect is usually used as the electro-optical effect.
- TFTs made of compound semiconductors such as CdSe or TFTs based on polycrystalline or amorphous silicon The latter technology is being worked on worldwide with great intensity.
- the TFT matrix is applied on the inside of one glass plate of the display, while the other glass plate on the inside carries the transparent counter electrode. Compared to the size of the pixel electrode, the TFT is very small and practically does not disturb the image.
- This technology can also be extended to fully color-capable image representations, wherein a mosaic of red, green and blue filters is arranged such that each one filter element is opposite to a switchable image element.
- the TFT displays usually operate as TN cells with crossed polarizers in transmission and are backlit.
- Such MFK displays are particularly suitable for TV applications (eg pocket TV) or for high-information displays for computer applications (laptop) and in the automotive or aircraft.
- difficulties arise with MFK displays due to the insufficiently high specific resistance of the liquid-crystal mixtures [ TOGASHI, S., SEKIGUCHI, K., TANABE, H., YAMAMOTO, E., SORIMACHI, K., TAJIMA, E., WATANABE, H., SHIMIZU, H., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, p.
- reflective liquid crystal displays are also of particular interest. These reflective liquid crystal displays use the ambient light for information presentation. Thus, they consume significantly less energy than backlit liquid crystal displays of appropriate size and resolution. Since the TN effect is characterized by a very good contrast, such reflective displays are still easy to read even in bright ambient conditions. This is already from simple reflective TN displays as they are in z. As watches and calculators are used known. However, the principle is also on high-quality, higher-resolution active matrix driven displays such. B. TFT displays applicable.
- the invention has for its object to provide media especially for such MFK, TN or STN displays that have the disadvantages mentioned above not or only to a lesser extent, and preferably at the same time very high resistivities and low threshold voltages.
- the media according to the invention are distinguished by very low rotational viscosities ⁇ 1 in combination with a high clearing point (T Cip ) and good low-temperature properties.
- the publication US 2001/0004108 A1 discloses difluorstilbene derivatives having 2 and 3 ring groups as part of a liquid crystal mixture of tolans and phenylcyclohexanes.
- the publication JP 03-294386 A discloses trans -dihalo-stilbene derivatives with polar end groups.
- the publication JP 06-329566 A discloses Difluorstilbene with two ring groups with other fluorine substituents.
- the publication EP 0560382 A1 discloses difluoroethylene derivatives having an adjacent cyclohexane ring.
- the publication DE 10155073 A1 discloses nonpolar difluorosthene levels and other mixture components, but not compounds with a -CF 2 O- group.
- the publication EP 1215270 A1 discloses liquid crystal mixtures with difluorosthenbenes for passive displays.
- the publication DE 10151491 A1 discloses a generic group of compounds comprising difluorstilbene having an end group of the formula -SF 5 .
- the publication EP 1416030 A1 discloses an optional co-component (IV) of a liquid-crystal mixture which optionally represents a difluorostyrene.
- L 1 or L 2 are particularly preferably F.
- X is preferably F, Cl, OCF 3 , CF 3 , SF 5 , OCHF 2 , OC 2 F 5 , OC 3 F 7 , OCHFCF 3 , OCF 2 CHFCF 3 or an alkyl radical having 1 to 8 C atoms.
- R 1 is preferably an unsubstituted, straight-chain 1-6 C alkyl or alkoxy radical or a corresponding 2-6 C alkenyl radical, very particularly a 1-6 C n- alkyl radical.
- the substituent X preferably denotes F, Cl, OCF 3 , CF 3 , SF 5 , OCHF 2 , OC 2 F 5 , OC 3 F 7 , OCHFCF 3 or OCF 2 CHFCF 3 , particularly preferably F, CF 3 or OCF 3 , and most preferably F or OCF 3 .
- the other structural units R 1 , ring A, Z 1 , X and L 1-6 have the meanings given above and the preferred meanings given above.
- the compounds of the formula I have a wide range of applications. Depending on the choice of substituents, these compounds may serve as base materials from which liquid crystalline media are predominantly composed; however, it is also possible to add compounds of the formulas I to liquid-crystalline base materials from other classes of compounds in order, for example, to influence the dielectric and / or optical anisotropy of such a dielectric and / or to optimize its threshold voltage and / or its viscosity.
- the compounds of the formula I are colorless in the pure state and form liquid-crystalline mesophases in a temperature range which is favorably located for the electro-optical use. Chemically and thermally, they are stable.
- the compounds according to the invention alone and in mixtures, have a particularly low rotational viscosity compared with other compounds having comparable physicochemical properties. In addition, they show very good overall properties, in particular with regard to the ratio of the rotational viscosity to the clearing point ( ⁇ 1 / KIp.).
- the ring A is preferably a ring system selected from the formulas wherein the rings can be aligned on both sides.
- the ring A is preferably a ring system selected from the formulas or in particular the formulas
- L 3 and L 4 are preferably H.
- Particularly preferred compounds of the formula I in which the ring A is a tetrahydroyran ring are compounds of the formula Ic:
- R 1 in formula I denotes an alkyl radical and / or an alkoxy radical, this may be straight-chain or branched. Preferably, it is straight-chain, has 2, 3, 4, 5, 6 or 7 carbon atoms and thus preferably ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, ethoxy, propoxy, butoxy, pentoxy, hexoxy or heptoxy, furthermore methyl , Octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, methoxy, octoxy, nonoxy, decoxy, undecoxy, dodecoxy, tridecoxy or tetradedoxy.
- R 1 is an alkyl radical in which one CH 2 group is replaced by -O- and one by -CO-, these are preferably adjacent. Thus, they include an acyloxy group -CO-O- or an oxycarbonyl group -O-CO-. Preferably, these are straight-chain and have 2 to 6 carbon atoms.
- acryloyloxymethyl 2-acryloyloxyethyl, 3-acryloyloxypropyl, 4-acryloyloxybutyl, 5-acryloyloxypentyl, 6-acryloyloxyhexyl, 7-acryloyloxyheptyl, 8-acryloyloxyoctyl, 9-acryloyloxynonyl, 10-acryloyloxydecyl, methacryloyloxymethyl, 2-methacryloyloxyethyl, 3 Methacryloyloxypropyl, 4-methacryloyloxybutyl, 5-methacryloyloxypentyl, 6-methacryloyloxyhexyl, 7-methacryloyloxyheptyl, 8-methacryloyloxyoctyl, 9-methacryloyloxynonyl.
- R 1 is an alkyl or alkenyl radical which is monosubstituted by CN or CF 3 , this radical is preferably straight-chain. The substitution by CN or CF 3 is in any position.
- R 1 is an alkyl or alkenyl radical which is at least monosubstituted by halogen
- this radical is preferably straight-chain and halogen is preferably F or Cl.
- halogen is preferably F.
- the resulting radicals also include perfluorinated radicals.
- the fluoro or chloro substituent may be in any position, but preferably in the ⁇ position.
- Branched groups of this type usually contain no more than one chain branch.
- R 1 represents an alkyl radical in which two or more CH 2 groups have been replaced by -O- and / or -CO-O-, this may be straight-chain or branched. Preferably, it is branched and has 3 to 12 carbon atoms.
- the compounds of the formulas I are prepared by methods known per se, as described in the literature (eg in the standard works such as Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Georg Thieme Verlag, Stuttgart), namely under Reaction conditions which are known and suitable for the said reactions.
- Scheme 1 shows how the difluoroethene compounds 3 according to the invention can be prepared by palladium-catalyzed linking of a chlorodifluoroethene compound of the formula 1 with a boronic acid compound of the formula 2 .
- the formula 3 is analogous to formula I.
- the radicals Ar 1 and Ar 2 represent correspondingly substituted, aromatic ring systems.
- the starting compounds of formula 1 can be prepared from an aryl halide 4 by halogen-metal exchange and reaction with chlorotrifluoroethylene.
- the desired E- isomer of the formula 3 is obtained in excess of the Z isomer.
- the desired isomer can be readily isolated by chromatography and crystallization.
- the invention also electro-optical displays (in particular STN or MFK displays with two plane-parallel support plates, which form a cell with a border, integrated non-linear elements for switching individual pixels on the support plates and an in-cell nematic liquid crystal composition having positive dielectric anisotropy and high resistivity) containing such media and the use of these media for electro-optical purposes.
- electro-optical displays in particular STN or MFK displays with two plane-parallel support plates, which form a cell with a border, integrated non-linear elements for switching individual pixels on the support plates and an in-cell nematic liquid crystal composition having positive dielectric anisotropy and high resistivity
- liquid-crystal mixtures according to the invention enable a significant expansion of the available parameter space.
- achievable combinations of clearing point, low temperature viscosity, thermal stability and dielectric anisotropy far surpass existing prior art materials.
- the compounds of formula I according to the invention with further highly polar components with ⁇ > 8 and with one or more neutral components (-1.5 ⁇ ⁇ 3), which - at least in part - at the same time a low optical anisotropy ( ⁇ n ⁇ 0.08 ) combined to obtain the liquid crystalline media.
- the liquid-crystal mixtures according to the invention make it possible, while maintaining the nematic phase to -20 ° C and preferably to -30 ° C, particularly preferably to -40 ° C, a clearing point above 60 ° C, preferably above 65 ° C, more preferably above 70 ° C. simultaneously achieving dielectric anisotropy values ⁇ ⁇ 3, preferably ⁇ 5, in particular also ⁇ 7 and a high value for the specific resistance, whereby excellent STN and MFK displays can be achieved.
- the mixtures are characterized by very low rotational viscosities.
- the rotational viscosities ⁇ 1 are below 90 mPa ⁇ s, preferably below 80 mPa ⁇ s, more preferably below 70 mPa ⁇ s.
- the operating voltages are simultaneously low, depending on the chosen dielectric anisotropy of the medium.
- the MFK displays according to the invention preferably operate in the first transmission minimum according to Gooch and Tarry [ CH Gooch and HA Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974 ; CH Gooch and HA Tarry, Appl. Phys., Vol.
- the flow viscosity ⁇ 20 at 20 ° C is preferably ⁇ 60 mm 2 ⁇ s -1 , more preferably ⁇ 50 mm 2 ⁇ s -1 .
- the rotational viscosity ⁇ 1 of the mixtures according to the invention at 20 ° C. is preferably ⁇ 80 mPa ⁇ s, more preferably ⁇ 70 mPa ⁇ s.
- the nematic phase range preferably has a width of at least 90 ° C, in particular of at least 100 ° C. Preferably, this range extends at least from -20 ° to + 70 ° C.
- Particularly preferred liquid-crystalline media contain one or more compounds of the formulas I-1 to I-30: wherein R 1 has the meaning given in formula I.
- Particularly preferred among the three-ring compounds are those of the formulas I-7, I-8, I-10, I-13, I-14, I-16, I-19, I-22, I-23, I-24, I -27 and I-28, especially those of formulas I-8 and I-14.
- X 0 here is preferably F, Cl, CF 3 , OCF 3 or OCHF 2 .
- R 0 here preferably denotes alkyl, alkoxy, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 6 C atoms.
- At least one of the 1,4-phenylene rings is monosubstituted or polysubstituted by fluorine atoms.
- two of the phenylenes are preferably substituted by at least one fluorine atom or one of the phenylenes is substituted by 2 fluorine atoms;
- one of the phenylenes is preferably substituted by at least one fluorine atom.
- X 0 here is preferably F, Cl, CF 3 , OCF 3 or OCHF 2 .
- R 0 here preferably denotes alkyl, alkoxy, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 6 C atoms.
- Alkyl, alkyl * and alkenyl have the meanings given below.
- alkyl or "alkyl *” embraces straight-chain and branched alkyl groups having 1-7 carbon atoms, in particular the straight-chain groups methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl and heptyl. Groups of 1-5 carbon atoms are generally preferred.
- alkenyl includes straight-chain and branched alkenyl groups having 2-7 carbon atoms, especially the straight-chain groups.
- Preferred alkenyl groups are C 2 -C 7 -1E-alkenyl, C 4 -C 7 -EE-alkenyl, C 5 -C 7 -alkenyl, C 6 -C 7 -5-alkenyl and C 7 -6-alkenyl, in particular C 2 -C 7 -1E-alkenyl, C 4 -C 7 -EE-alkenyl and C 5 -C 7 -4 alkenyl.
- alkenyl groups are vinyl, 1E-propenyl, 1E-butenyl, 1E-pentenyl, 1E-hexenyl, 1E-heptenyl, 3-butenyl, 3E-pentenyl, 3E-hexenyl, 3E-heptenyl, 4- Pentenyl, 4Z-hexenyl, 4E-hexenyl, 4Z-heptenyl, 5-hexenyl, 6-heptenyl and the like. Groups of up to 5 carbon atoms are generally preferred.
- fluoroalkyl preferably includes straight-chain fluoro-terminated groups, i. Fluoromethyl, 2-fluoroethyl, 3-fluoropropyl, 4-fluorobutyl, 5-fluoropentyl, 6-fluorohexyl and 7-fluoroheptyl. Other positions of the fluorine are not excluded.
- the response times, the threshold voltage, the transconductance of the transmission characteristics etc. can be modified in the desired manner.
- 1 E-alkenyl radicals, 3E-alkenyl radicals, 2E-alkenyloxy radicals and the like usually lead to shorter response times, improved nematic tendencies and a higher ratio of the elastic constants k 33 (bend) and k 11 (splay) in comparison to alkyl resp Alkoxy radicals.
- 4-Alkenyl radicals, 3-alkenyl radicals and the like generally give lower threshold voltages and smaller values of k 33 / k 11 compared to alkyl and alkoxy radicals.
- a -CH 2 CH 2 group generally results in higher values of k 33 / k 11 compared to a single covalent bond.
- Higher values of k 33 / k 11 facilitate, for example, flatter transmission characteristic lines in TN cells with a 90 ° twist (for achieving gray shades) and steeper transmission characteristic lines in STN, SBE and OMI cells (greater multiplexing) and vice versa.
- the optimum ratio of the compounds of the formulas I and K + Z + II + III + IV + V + VI depends largely on the desired properties, on the choice of the components of the formulas I, II, III, IV, V and / or VI and the choice of other optionally present components.
- the total amount of compounds of the formulas I and the cocomponents given in the mixtures according to the invention is not critical.
- the mixtures may therefore contain one or more other components to optimize various properties.
- the observed effect on the response times and the threshold voltage is generally greater the higher the total concentration of compounds of the formulas I and the cocomponents indicated.
- a favorable synergistic effect with the compounds of the formula I leads to particularly advantageous properties.
- mixtures containing compounds of the formula I and of the formula IVa are distinguished by their low threshold voltage.
- the individual compounds that can be used in the media of the invention are either known or can be prepared analogously to the known compounds.
- the structure of the MFK display of polarizers, electrode base plates and electrodes with surface treatment according to the invention corresponds to the usual construction for such displays.
- the term of the usual construction is broad and includes all modifications and modifications of the MFK display, in particular matrix display elements based on poly-Si TFT or MIM.
- the preparation of the liquid crystal mixtures which can be used according to the invention is carried out in a conventional manner.
- the desired amount of the components used in a lesser amount is dissolved in the component making up the main constituent, advantageously at elevated temperature.
- an organic solvent e.g. in acetone, chloroform or methanol, and to remove the solvent again after thorough mixing, for example by distillation.
- the dielectrics may also other, known in the art and described in the literature additives such.
- UV stabilizers such as Tinuvin ® Fa. Ciba, antioxidants, radical scavengers, etc. included.
- 0-15% pleochroic dyes or chiral dopants may be added. Suitable stabilizers and dopants are mentioned below in Tables C and D.
- the threshold voltage V 10 denotes the voltage for 10% transmission (viewing direction perpendicular to the plate surface).
- t on denotes the switch-on time and t off the switch-off time at an operating voltage corresponding to 2.0 times the value of V 10 .
- ⁇ n denotes the optical anisotropy.
- the electro-optical data are measured in a TN cell in the 1st minimum (ie at a d ⁇ ⁇ n value of 0.5 microns) at 20 ° C, unless expressly stated otherwise.
- the optical data are measured at 20 ° C, unless expressly stated otherwise.
- a code for the substituents R 1 * , R 2 * , L 1 * and L 2 * follows separately from the acronym for the main body with a dash: Code for R 1 * , R 2 * , L 1 * , L 2 * , L 3 * R 1 * R 2 * L 1 * L 2 * nm C n H 2n + 1 C m H 2m + 1 H H N0M OC n H 2n + 1 C m H 2m + 1 H H n0.m C n H 2n + 1 OC m H 2m + 1 H H n C n H 2n + 1 CN H H nN.F C n H 2n + 1 CN F H nN.FF C n H 2n + 1 CN F F nF C n H 2n + 1 F H H n Cl C n H 2n + 1 Cl H H n0F OC n H 2n + 1 F H H nF.F C n H 2n + 1 F F
- Preferred mixture components are given in Tables A and B. ⁇ b> ⁇ u> Table A ⁇ / u> ⁇ /b> PYP PYRP BCH CBC CCH CCP CPTP CEPTP ECCP CECP EPCH PCH PTP Bech EBCH CPC B FET nF CGG CGU CFU BCH-n.Fm CFU-nF CBC NMF ECCP-nm CCZU-nF PGP nm CGU-nF CDU nF DCU nF CGG nF CPZG-n-OT CC-nV-Vm CCP-Vn-m CCG-VF CCP-nV-m CCP Vm CC-nV CCQU-nF CC-n-V1 CCQG nF CQCU nF Dec-UnF CWCU nF CWCG nF CCOC nm CPTU nF GPTU nF PQU nF PUQU nF PGU-n
- liquid-crystalline mixtures which, in addition to the compounds of the formulas I, contain at least one, two, three or four compounds from Table B.
- Table C ⁇ / u> ⁇ /b>
- possible dopants are given, which are usually added to the mixtures of the invention.
- the mixtures contain 0-10 wt.%, In particular 0.01-5 wt.% And particularly preferably 0.01-3 wt.% Of dopants.
- the dielectric anisotropy ⁇ of the individual substances is determined at 20 ° C and 1 kHz. 10% by weight of the substances to be investigated are dissolved in the dielectrically positive mixture ZLI-4792 (Merck KGaA) and the measured value extrapolated to a concentration of 100%.
- the optical anisotropy ⁇ n is determined at 20 ° C and a wavelength of 589.3 nm. It is also determined by extrapolation of the values at 10% by weight.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein flüssigkristallines Medium enthaltend 1,2-Difluorethenverbindungen, sowie dessen Verwendung für elektrooptische Zwecke und dieses Medium enthaltende Anzeigen. Neue erfindungsgemäße 1,2-Difluorethenverbindungen werden offenbart.The present invention relates to a liquid-crystalline medium containing 1,2-difluoroethene compounds, and to its use for electro-optical purposes and displays containing this medium. New 1,2-difluoroethene compounds of the invention are disclosed.
Flüssige Kristalle werden vor allem als Dielektrika in Anzeigevorrichtungen verwendet, da die optischen Eigenschaften solcher Substanzen durch eine angelegte Spannung beeinflusst werden können. Elektrooptische Vorrichtungen auf der Basis von Flüssigkristallen sind dem Fachmann bestens bekannt und können auf verschiedenen Effekten beruhen. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise Zellen mit dynamischer Streuung, DAP-Zellen (Deformation aufgerichteter Phasen), Gast/Wirt-Zellen, TN-Zellen mit verdrillt nematischer ("twisted nematic") Struktur, STN-Zellen ("super-twisted nematic"), SBE-Zellen ("superbirefringence effect") und OMI-Zellen ("optical mode interference"). Die gebräuchlichsten Anzeigevorrichtungen beruhen auf dem Schadt-Helfrich-Effekt und besitzen eine verdrillt nematische Struktur. Daneben gibt es auch Zellen, die mit einem elektrischen Feld parallel zur Substrat- und Flüssigkristallebene arbeiten, wie den IPS-Zellen ("in-plane switching"). Vor allem die TN-, STN- und IPS-Zellen sind derzeit kommerziell interessante Einsatzgebiete für die erfindungsgemäßen Medien.Liquid crystals are mainly used as dielectrics in display devices, since the optical properties of such substances can be influenced by an applied voltage. Electro-optical devices based on liquid crystals are well known to the person skilled in the art and can be based on various effects. Such devices include, for example, dynamic scattering cells, DAP cells (upright phase deformation), guest / host cells, twisted nematic (TN) cells, super-twisted nematic (STN) cells, SBE cells ("superbirefringence effect") and OMI cells ("optical mode interference"). The most common display devices are based on the Schadt-Helfrich effect and have a twisted nematic structure. In addition, there are also cells that work with an electric field parallel to the substrate and liquid crystal plane, such as the IPS cells ("in-plane switching"). Above all, the TN, STN and IPS cells are currently commercially interesting fields of use for the media according to the invention.
Die Flüssigkristallmaterialien müssen eine gute chemische und thermische Stabilität und eine gute Stabilität gegenüber elektrischen Feldern und elektromagnetischer Strahlung besitzen. Ferner sollten die Flüssigkristallmaterialien eine niedrige Viskosität aufweisen und in den Zellen kurze Ansprechzeiten, tiefe Schwellenspannungen und einen hohen Kontrast ergeben.The liquid crystal materials must have good chemical and thermal stability and good stability against electric fields and electromagnetic radiation. Further, the liquid crystal materials should have a low viscosity and give short response times, low threshold voltages and high contrast in the cells.
Weiterhin sollten sie bei üblichen Betriebstemperaturen, d.h. in einem möglichst breiten Bereich unterhalb und oberhalb Raumtemperatur, eine geeignete Mesophase besitzen, beispielsweise für die oben genannten Zellen eine nematische oder cholesterische Mesophase. Da Flüssigkristalle in der Regel als Mischungen mehrerer Komponenten zur Anwendung gelangen, ist es wichtig, dass die Komponenten untereinander gut mischbar sind. Weitere Eigenschaften, wie die elektrische Leitfähigkeit, die dielektrische Anisotropie und die optische Anisotropie, müssen je nach Zellentyp und Anwendungsgebiet unterschiedlichen Anforderungen genügen. Beispielsweise sollten Materialien für Zellen mit verdrillt nematischer Struktur eine positive dielektrische Anisotropie und eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen.Furthermore, they should have a suitable mesophase at usual operating temperatures, ie in the widest possible range below and above room temperature, for example, for the above-mentioned cells a nematic or cholesteric mesophase. Because liquid crystals usually used as mixtures of several components, it is important that the components are readily miscible with each other. Other properties, such as electrical conductivity, dielectric anisotropy and optical anisotropy, must meet different requirements depending on the type of cell and the field of application. For example, materials for cells of twisted nematic structure should have positive dielectric anisotropy and low electrical conductivity.
Beispielsweise sind für Matrix-Flüssigkristallanzeigen mit integrierten nicht-linearen Elementen zur Schaltung einzelner Bildpunkte (MFK-Anzeigen) Medien mit großer positiver dielektrischer Anisotropie, breiten nematischen Phasen, relativ niedriger Doppelbrechung, sehr hohem spezifischen Widerstand, guter UV- und Temperaturstabilität und geringerem Dampfdruck erwünscht.For example, for matrix liquid crystal displays with integrated non-linear elements for single pixel switching (MFK displays), media with high positive dielectric anisotropy, broad nematic phases, relatively low birefringence, very high resistivity, good UV and temperature stability, and lower vapor pressure are desired ,
Derartige Matrix-Flüssigkristallanzeigen sind bekannt. Als nichtlineare Elemente zur individuellen Schaltung der einzelnen Bildpunkte können beispielsweise aktive Elemente (d.h. Transistoren) verwendet werden. Man spricht dann von einer "aktiven Matrix", wobei man zwei Typen unterscheiden kann:
- 1. MOS (Metal Oxide Semiconductor) oder andere Dioden auf Silizium-Wafer als Substrat.
- 2. Dünnfilm-Transistoren (TFT) auf einer Glasplatte als Substrat.
- 1. MOS (Metal Oxide Semiconductor) or other diodes on silicon wafer as a substrate.
- 2. Thin-film transistors (TFT) on a glass plate as a substrate.
Die Verwendung von einkristallinem Silizium als Substratmaterial beschränkt die Displaygröße, da auch die modulartige Zusammensetzung verschiedener Teildisplays an den Stößen zu Problemen führt.The use of monocrystalline silicon as a substrate material limits the display size, since the modular composition of various partial displays on the joints leads to problems.
Bei dem aussichtsreicheren Typ 2, welcher bevorzugt ist, wird als elektrooptischer Effekt üblicherweise der TN-Effekt verwendet. Man unterscheidet zwei Technologien: TFTs aus Verbindungshalbleitern wie z.B. CdSe oder TFTs auf der Basis von polykristallinem oder amorphem Silizium. An letzterer Technologie wird weltweit mit großer Intensität gearbeitet.In the more promising type 2, which is preferred, the TN effect is usually used as the electro-optical effect. A distinction is made between two technologies: TFTs made of compound semiconductors such as CdSe or TFTs based on polycrystalline or amorphous silicon. The latter technology is being worked on worldwide with great intensity.
Die TFT-Matrix ist auf der Innenseite der einen Glasplatte der Anzeige aufgebracht, während die andere Glasplatte auf der Innenseite die transparente Gegenelektrode trägt. Im Vergleich zu der Größe der Bildpunkt-Elektrode ist der TFT sehr klein und stört das Bild praktisch nicht. Diese Technologie kann auch für voll farbtaugliche Bilddarstellungen erweitert werden, wobei ein Mosaik von roten, grünen und blauen Filtern derart angeordnet ist, dass je ein Filterelement einem schaltbaren Bildelement gegenüber liegt.The TFT matrix is applied on the inside of one glass plate of the display, while the other glass plate on the inside carries the transparent counter electrode. Compared to the size of the pixel electrode, the TFT is very small and practically does not disturb the image. This technology can also be extended to fully color-capable image representations, wherein a mosaic of red, green and blue filters is arranged such that each one filter element is opposite to a switchable image element.
Die TFT-Anzeigen arbeiten üblicherweise als TN-Zellen mit gekreuzten Polarisatoren in Transmission und sind von hinten beleuchtet.The TFT displays usually operate as TN cells with crossed polarizers in transmission and are backlit.
Der Begriff MFK-Anzeigen umfasst hier jedes Matrix-Display mit integrierten nichtlinearen Elementen, d.h. neben der aktiven Matrix auch Anzeigen mit passiven Elementen wie Varistoren oder Dioden (MIM = Metall-Isolator-Metall).The term MFK displays here includes any matrix display with integrated nonlinear elements, i. in addition to the active matrix also displays with passive elements such as varistors or diodes (MIM = metal-insulator-metal).
Derartige MFK-Anzeigen eignen sich insbesondere für TV-Anwendungen (z.B. Taschenfernseher) oder für hochinformative Displays für Rechneranwendungen (Laptop) und im Automobil- oder Flugzeugbau. Neben Problemen hinsichtlich der Winkelabhängigkeit des Kontrastes und der Schaltzeiten resultieren bei MFK-Anzeigen Schwierigkeiten bedingt durch nicht ausreichend hohen spezifischen Widerstand der Flüssigkristallmischungen [
Insbesondere bei low-volt-Mischungen war es bisher nicht möglich, sehr hohe spezifische Widerstände zu realisieren. Weiterhin ist es wichtig, dass der spezifische Widerstand eine möglichst geringe Zunahme bei steigender Temperatur sowie nach Temperatur- und/oder UV-Belastung zeigt. Besonders nachteilig sind auch die Tieftemperatureigenschaften der Mischungen aus dem Stand der Technik. Gefordert wird, dass auch bei tiefen Temperaturen keine Kristallisation und/oder smektische Phasen auftreten und die Temperaturabhängigkeit der Viskosität möglichst gering ist. Die MFK-Anzeigen aus dem Stand der Technik genügen somit nicht den heutigen Anforderungen.In particular, in low-volt mixtures, it has not been possible to realize very high resistivities. Furthermore, it is important that the resistivity shows the smallest possible increase with increasing temperature and after temperature and / or UV exposure. Also particularly disadvantageous are the low-temperature properties of the mixtures of the prior art. It is required that no crystallization and / or smectic phases occur even at low temperatures, and that the temperature dependence of the viscosity is as low as possible. The MFK displays from the prior art thus do not meet today's requirements.
Neben Flüssigkristallanzeigen, die eine Hintergrundbeleuchtung verwenden, also transmissiv und gegebenenfalls transflektiv betrieben werden, sind besonders auch reflektive Flüssigkristallanzeigen interessant. Diese reflektiven Flüssigkristallanzeigen benutzen das Umgebungslicht zur Informationsdarstellung. Somit verbrauchen sie wesentlich weniger Energie als hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallanzeigen mit entsprechender Größe und Auflösung. Da der TN-Effekt durch einen sehr guten Kontrast gekennzeichnet ist, sind derartige reflektive Anzeigen auch bei hellen Umgebungsverhältnissen noch gut abzulesen. Dies ist bereits von einfachen reflektiven TN-Anzeigen wie sie in z. B. Armbanduhren und Taschenrechnern verwendet werden, bekannt. Jedoch ist das Prinzip auch auf hochwertige, höher auflösende Aktiv-Matrix angesteuerte Anzeigen wie z. B. TFT-Displays anwendbar. Hier ist wie bereits bei den allgemeinen üblichen transmissiven TFT-TN-Anzeigen die Verwendung von Flüssigkristallen mit niedriger Doppelbrechung (Δn) nötig, um eine geringe optische Verzögerung (d · Δn) zu ereichen. Diese geringe optische Verzögerung führt zu einer meist akzeptablen geringen Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes (vgl.
Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf nach MFK-Anzeigen mit sehr hohem spezifischen Widerstand bei gleichzeitig großem Arbeitstemperaturbereich, kurzen Schaltzeiten auch bei tiefen Temperaturen und niedriger Schwellenspannung, die diese Nachteile nicht oder nur in geringerem Maße zeigen.There is thus still a great need for MFK displays with very high resistivity and large at the same time Operating temperature range, short switching times even at low temperatures and low threshold voltage, which do not or only to a lesser extent show these disadvantages.
Bei TN-(Schadt-Helfrich)-Zellen sind Medien erwünscht, die folgende Vorteile in den Zellen ermöglichen:
- erweiterter nematischer Phasenbereich (insbesondere zu tiefen Temperaturen)
- lagerstabil, auch bei extrem tiefen Temperaturen
- Schaltbarkeit bei extrem tiefen Temperaturen (out-door-use, Automobil, Avionik)
- erhöhte Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung (längere Lebensdauer)
- extended nematic phase range (especially at low temperatures)
- stable on storage, even at extremely low temperatures
- Switchability at extremely low temperatures (out-door-use, automotive, avionics)
- increased resistance to UV radiation (longer life)
Mit den aus dem Stand der Technik zur Verfügung stehenden Medien ist es nicht möglich, diese Vorteile unter gleichzeitigem Erhalt der übrigen Parameter zu realisieren.With the media available from the prior art, it is not possible to realize these advantages while maintaining the other parameters.
Bei höher verdrillten Zellen (STN) sind Medien erwünscht, die eine höhere Multiplexierbarkeit und/oder kleinere Schwellenspannung und/oder breitere nematische Phasenbereiche (insbesondere bei tiefen Temperaturen) ermöglichen. Hierzu ist eine weitere Ausdehnung des zur Verfügung stehenden Parameterraumes (Klärpunkt, Übergang smektisch-nematisch bzw. Schmelzpunkt, Viskosität, dielektrische Größen, elastische Größen) dringend erwünscht.In the case of higher-twisted cells (STN), media are desired which enable higher multiplexability and / or lower threshold voltage and / or broader nematic phase ranges (in particular at low temperatures). For this purpose, a further expansion of the available parameter space (clearing point, transition smectic-nematic or melting point, viscosity, dielectric values, elastic sizes) is urgently desired.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Medien insbesondere für derartige MFK-, TN- oder STN-Anzeigen bereitzustellen, welche die oben angegebenen Nachteile nicht oder nur in geringerem Maße, und vorzugsweise gleichzeitig sehr hohe spezifische Widerstände und niedrige Schwellenspannungen aufweisen.The invention has for its object to provide media especially for such MFK, TN or STN displays that have the disadvantages mentioned above not or only to a lesser extent, and preferably at the same time very high resistivities and low threshold voltages.
Es wurde nun gefunden, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man in Anzeigen erfindungsgemäße Medien verwendet. Die erfindungsgemäßen Medien zeichnen sich durch sehr kleine Rotationsviskositäten γ1 in Kombination mit einem hohen Klärpunkt (TCip) und guten Tieftemperatureigenschaften aus.It has now been found that this object can be achieved if used in ads according to the invention media. The media according to the invention are distinguished by very low rotational viscosities γ 1 in combination with a high clearing point (T Cip ) and good low-temperature properties.
In der
Die folgenden Druckschriften beziehen sich alle auf die zitierten Derivate als Flüssigkristallkomponenten:The following references all refer to the cited derivatives as liquid crystal components:
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Gegenstand der Erfindung ist ein flüssigkristallines Medium mit positiver dielektrischer Anisotropie auf der Basis eines Gemisches von Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass es eine oder mehrere Verbindungen der Formel I
worin
- R1
- einen halogenierten oder unsubstituierten Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -C≡C-, -CH=CH-, -O-, -CO-O- oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
- Ring A
- ein nach links oder rechts ausgerichtetes Ringsystem der Formeln
- Z1, Z2
- eine Einfachbindung, -C≡C-, -CF=CF-, -CH=CH-, -CF2O-, oder -CH2CH2-, wobei mindestens eine Gruppe aus Z1 und Z2 die Gruppe -CF=CF- bedeutet,
- X
- F, Cl, CN, SF5 oder einen halogenierten oder unsubstituierten Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -C≡C-, -CH=CH-, -O-, -CO-O- oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, und
- L1, L2, L3, L4, L5 und L6
- jeweils unabhängig voneinander H oder F, und
- m
- 0 oder 1,
und zusätzlich eine oder mehrere ausgewählte Verbindungen der allgemeinen Formeln K-1 bis K-12:
- R0
- n-Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 9 C- Atomen
wherein
- R 1
- a halogenated or unsubstituted alkyl or alkoxy radical having 1 to 15 C atoms, wherein in these radicals also one or more CH 2 groups each independently of one another by -C≡C-, -CH = CH-, -O-, -CO -O- or -O-CO- may be replaced so that O atoms are not directly linked to each other,
- Ring A
- a left or right aligned ring system of the formulas
- Z 1 , Z 2
- a single bond, -C≡C-, -CF = CF-, -CH = CH-, -CF 2 O-, or -CH 2 CH 2 -, wherein at least one group of Z 1 and Z 2 is the group -CF = CF means
- X
- F, Cl, CN, SF 5 or a halogenated or unsubstituted alkyl or alkoxy radical having 1 to 15 C atoms, wherein in these radicals also one or more CH 2 groups each independently of one another by -C≡C-, -CH = CH, -O-, -CO-O- or -O-CO- can be replaced so that O atoms are not directly linked, and
- L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 and L 6
- each independently of one another H or F, and
- m
- 0 or 1,
and additionally one or more selected compounds of the general formulas K-1 to K-12:
- R 0
- n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 9 C atoms
Bevorzugt bedeuten 2, 3 oder 4 der Substituenten L1, L2, L3 und L4 in der Formel I Wasserstoff und die übrigen F. Besonders bevorzugt sind Medien mit Verbindungen der Formel I, worin L5 und L6 = H bedeuten. Für den Fall, dass m = 0 ist, sind besonders bevorzugt L1 oder L2 F. Für den Fall, dass m = 1 ist, sind besonders bevorzugt L1 und L2 H. X bedeutet vorzugsweise F, Cl, OCF3, CF3, SF5, OCHF2, OC2F5, OC3F7, OCHFCF3, OCF2CHFCF3 oder einen Alkylrest mit 1 bis 8 C-Atomen. Ganz besonders bevorzugt sind Verbindungen, worin X einen Substituenten F, Cl, OCF3 oder eine geradkettigen Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen bedeutet. R1 steht bevorzugt für einen unsubstituierten, geradkettigen 1-6 C Alkyl- oder Alkoxyrest oder einen entsprechenden 2-6 C Alkenylrest, ganz besonders für einen 1-6 C n-Alkylrest.Preferably, 2, 3 or 4 of the substituents L 1 , L 2 , L 3 and L 4 in the formula I mean hydrogen and the remaining F. Particular preference is given to media with compounds of the formula I in which L 5 and L 6 = H. In the case where m = 0, L 1 or L 2 are particularly preferably F. In the case where m = 1, L 1 and L 2 are more preferably H. X is preferably F, Cl, OCF 3 , CF 3 , SF 5 , OCHF 2 , OC 2 F 5 , OC 3 F 7 , OCHFCF 3 , OCF 2 CHFCF 3 or an alkyl radical having 1 to 8 C atoms. Very particular preference is given to compounds in which X is a substituent F, Cl, OCF 3 or a straight-chain alkyl radical having 1 to 6 C atoms. R 1 is preferably an unsubstituted, straight-chain 1-6 C alkyl or alkoxy radical or a corresponding 2-6 C alkenyl radical, very particularly a 1-6 C n- alkyl radical.
Zur Erzielung von Mischungen mit besonders hoher dielektrischer Anisotropie bedeutet der Substituent X bevorzugt F, Cl, OCF3, CF3, SF5, OCHF2, OC2F5, OC3F7, OCHFCF3 oder OCF2CHFCF3, besonders bevorzugt F, CF3 oder OCF3, und ganz besonders bevorzugt F oder OCF3.To obtain mixtures having a particularly high dielectric anisotropy, the substituent X preferably denotes F, Cl, OCF 3 , CF 3 , SF 5 , OCHF 2 , OC 2 F 5 , OC 3 F 7 , OCHFCF 3 or OCF 2 CHFCF 3 , particularly preferably F, CF 3 or OCF 3 , and most preferably F or OCF 3 .
Das Bindeglied Z1 bedeutet bevorzugt eine Einfachbindung oder -CF=CF-. Das Bindeglied Z2 bedeutet bevorzugt -CF=CF- oder -CF2O-.The link Z 1 preferably denotes a single bond or -CF = CF-. The link Z 2 is preferably -CF = CF- or -CF 2 O-.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Verbindungen der Formel I, worin m 1 und Z2 eine Brücke -CF=CF- bedeutet (Verbindungen la). Dabei besitzen in den erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel I die übrigen Strukturteile R1, Ring A, Z1, X und L1-6 die oben angegebenen Bedeutungen sowie die oben angegebenen bevorzugten Bedeutungen.Another object of the invention are compounds of formula I, wherein m is 1 and Z 2 is a bridge -CF = CF- (compounds Ia). In the compounds of the formula I according to the invention, the other structural units R 1 , ring A, Z 1 , X and L 1-6 have the meanings given above and the preferred meanings given above.
Die Verbindungen der Formeln I besitzen einen breiten Anwendungsbereich. In Abhängigkeit von der Auswahl der Substituenten können diese Verbindungen als Basismaterialien dienen, aus denen flüssigkristalline Medien zum überwiegenden Teil zusammengesetzt sind; es können aber auch Verbindungen der Formeln I zu flüssigkristallinen Basismaterialien aus anderen Verbindungsklassen zugesetzt werden, um beispielsweise die dielektrische und/oder optische Anisotropie eines solchen Dielektrikums zu beeinflussen und/oder um dessen Schwellenspannung und/oder dessen Viskosität zu optimieren.The compounds of the formula I have a wide range of applications. Depending on the choice of substituents, these compounds may serve as base materials from which liquid crystalline media are predominantly composed; however, it is also possible to add compounds of the formulas I to liquid-crystalline base materials from other classes of compounds in order, for example, to influence the dielectric and / or optical anisotropy of such a dielectric and / or to optimize its threshold voltage and / or its viscosity.
Die Verbindungen der Formeln I sind in reinem Zustand farblos und bilden flüssigkristalline Mesophasen in einem für die elektrooptische Verwendung günstig gelegenen Temperaturbereich. Chemisch und thermisch sind sie stabil.The compounds of the formula I are colorless in the pure state and form liquid-crystalline mesophases in a temperature range which is favorably located for the electro-optical use. Chemically and thermally, they are stable.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen besitzen allein und in Mischungen eine besonders niedrige Rotationsviskosität gegenüber anderen Verbindungen mit vergleichbaren physikalisch-chemischen Eigenschaften. Außerdem zeigen sie sehr gute Gesamteigenschaften, insbesondere im Hinblick auf das Verhältnis der Rotationsviskosität zum Klärpunkt (γ1/KIp.).The compounds according to the invention, alone and in mixtures, have a particularly low rotational viscosity compared with other compounds having comparable physicochemical properties. In addition, they show very good overall properties, in particular with regard to the ratio of the rotational viscosity to the clearing point (γ1 / KIp.).
Für den Fall, dass m = 1 und Z1 eine Gruppe -CF=CF- bedeutet, so ist der Ring A bevorzugt ein Ringsystem ausgewählt aus den Formeln
Für den Fall, dass m = 1 und Z2 eine Gruppe -CF=CF- bedeutet, so ist der Ring A bevorzugt ein Ringsystem ausgewählt aus den Formeln
Bevorzugte Verbindungen gemäß der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass, unabhängig voneinander,
- m
- 1 bedeutet,
- Z2
- -CF=CF- und Z1 eine Einfachbindung,
- X
- F, -OCF3, -CF3, CN, 1-6 C n-Alkyl, oder 1-6 C n-Alkoxy, insbesondere F oder -OCF3,
- L5, L6
- H, oder
- R1
- 1-7 C Alkyl oder 2-7 C Alkylen
- m
- 1 means
- Z 2
- -CF = CF- and Z 1 is a single bond,
- X
- F, -OCF 3 , -CF 3 , CN, 1-6 C n -alkyl, or 1-6 C n -alkoxy, in particular F or -OCF 3 ,
- L 5 , L 6
- H, or
- R 1
- 1-7 C alkyl or 2-7 C alkylene
Für den Fall, dass Z2 eine Gruppe -CF=CF- bedeutet, sind L3 und L4 bevorzugt H.In the event that Z 2 is a group -CF = CF-, L 3 and L 4 are preferably H.
Besonders bevorzugte erfindungsgemäße Verbindungen sind dadurch gekennzeichnet, dass genau eine Gruppe aus Z1 und Z2 eine Gruppe -CF=CF- darstellt. Folglich sind besonders bevorzugte erfindungsgemäße Verbindungen die der allgemeinen Formel Ib:
Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel I, worin der Ring A ein Tetrahydroyranring ist sind Verbindungen der Formel Ic:
Falls R1 in Formel I einen Alkylrest und/oder einen Alkoxyrest bedeutet, so kann dieser geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise ist er geradkettig, hat 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 C-Atome und bedeutet demnach bevorzugt Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy oder Heptoxy, ferner Methyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Methoxy, Octoxy, Nonoxy, Decoxy, Undecoxy, Dodecoxy, Tridecoxy oder Tetradedoxy.If R 1 in formula I denotes an alkyl radical and / or an alkoxy radical, this may be straight-chain or branched. Preferably, it is straight-chain, has 2, 3, 4, 5, 6 or 7 carbon atoms and thus preferably ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, ethoxy, propoxy, butoxy, pentoxy, hexoxy or heptoxy, furthermore methyl , Octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, methoxy, octoxy, nonoxy, decoxy, undecoxy, dodecoxy, tridecoxy or tetradedoxy.
Oxaalkyl bedeutet vorzugsweise geradkettiges 2-Oxapropyl (= Methoxymethyl), 2-(= Ethoxymethyl) oder 3-Oxabutyl (= 2-Methoxyethyl), 2-, 3- oder 4-Oxapentyl, 2-, 3-, 4- oder 5-Oxahexyl, 2-, 3-, 4-, 5- oder 6-Oxaheptyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, oder 7-Oxaoctyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-Oxanonyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder 9-Oxadexyl.Oxaalkyl is preferably straight-chain 2-oxapropyl (= methoxymethyl), 2 - (= ethoxymethyl) or 3-oxabutyl (= 2-methoxyethyl), 2-, 3- or 4-oxapentyl, 2-, 3-, 4- or 5- Oxahexyl, 2-, 3-, 4-, 5- or 6-oxaheptyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, or 7-oxaoctyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- or 8-oxanonyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- or 9-oxadexyl.
Falls R1 einen Alkylrest bedeutet, in dem eine CH2-Gruppe durch -CH=CH-ersetzt ist, so kann dieser geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise ist er geradkettig und hat 2 bis 10 C-Atome. Er bedeutet demnach besonders Vinyl, Prop-1-, oder Prop-2-enyl, But-1-, 2- oder But-3-enyl, Pent-1-, 2-, 3- oder Pent-4-enyl, Hex-1-, 2-, 3-, 4- oder Hex-5-enyl, Hept-1-, 2-, 3-, 4-, 5- oder Hept-6-enyl, Oct-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder Oct-7-enyl, Non-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder Non-8-enyl, Dec-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder Dec-9-enyl.If R 1 is an alkyl radical in which a CH 2 group is replaced by -CH = CH-, this may be straight-chain or branched. It is preferably straight-chain and has 2 to 10 C atoms. It therefore means especially vinyl, prop-1, or prop-2-enyl, but-1, 2- or but-3-enyl, pent-1, 2-, 3- or pent-4-enyl, hex 1-, 2-, 3-, 4- or hex-5-enyl, hept-1, 2-, 3-, 4-, 5- or hept-6-enyl, Oct-1, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- or oct-7-enyl, non-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- or non-8-enyl, Dec-1 -, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- or dec-9-enyl.
Falls R1 einen Alkylrest bedeutet, in dem eine CH2-Gruppe durch -O- und eine durch -CO- ersetzt ist, so sind diese bevorzugt benachbart. Somit beinhalten diese eine Acyloxygruppe -CO-O- oder eine Oxycarbonylgruppe -O-CO-. Vorzugsweise sind diese geradkettig und haben 2 bis 6 C-Atome.If R 1 is an alkyl radical in which one CH 2 group is replaced by -O- and one by -CO-, these are preferably adjacent. Thus, they include an acyloxy group -CO-O- or an oxycarbonyl group -O-CO-. Preferably, these are straight-chain and have 2 to 6 carbon atoms.
Sie bedeuten demnach besonders Acetyloxy, Propionyloxy, Butyryloxy, Pentanoyloxy, Hexanoyloxy, Acetyloxymethyl, Propionyloxymethyl, Butyryloxymethyl, Pentanoyloxymethyl, 2-Acetyloxyethyl, 2-Propionyloxyethyl, 2-Butyryloxyethyl, 2-Acetyloxypropyl, 3-Propionyl-oxypropyl, 4-Acetyl-oxybutyl, Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Propoxy-carbonyl, Butoxycarbonyl, Pentoxycarbonyl, Methoxycarbonylmethyl, Ethoxycarbonylmethly, Propoxycarbonylmethyl, Butoxycarbonylmethyl, 2-(Methoxycarbonyl)ethyl, 2-(Ethoxycarbonyl)ethyl, 2-(Propoxycarbonyl)-ethyl, 3-(Methoxycarbonyl)-propyl, 3-(Ethoxy-carbonyl)-propyl oder 4-(Methoxycarbonyl)-butyl.They therefore mean especially acetyloxy, propionyloxy, butyryloxy, pentanoyloxy, hexanoyloxy, acetyloxymethyl, propionyloxymethyl, butyryloxymethyl, pentanoyloxymethyl, 2-acetyloxyethyl, 2-propionyloxyethyl, 2-butyryloxyethyl, 2-acetyloxypropyl, 3-propionyl-oxypropyl, 4-acetyl-oxybutyl, Methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, propoxycarbonyl, butoxycarbonyl, pentoxycarbonyl, methoxycarbonylmethyl, ethoxycarbonylmethly, propoxycarbonylmethyl, butoxycarbonylmethyl, 2- (methoxycarbonyl) ethyl, 2- (ethoxycarbonyl) ethyl, 2- (propoxycarbonyl) -ethyl, 3- (methoxycarbonyl) -propyl, 3- (ethoxycarbonyl) -propyl or 4- (methoxycarbonyl) -butyl.
Falls R1 einen Alkylrest bedeutet, in dem eine CH2-Gruppe durch unsubstituiertes oder substituiertes -CH=CH- und eine benachbarte CH2-Gruppe durch CO oder CO-O oder O-CO ersetzt ist, so kann dieser geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise ist er geradkettig und hat 4 bis 12 C-Atome. Er bedeutet demnach besonders Acryloyloxymethyl, 2-Acryloyloxyethyl, 3-Acryloyloxypropyl, 4-Acryloyloxybutyl, 5-Acryloyloxypentyl, 6-Acryloyloxyhexyl, 7-Acryloyloxyheptyl, 8-Acryloyloxyoctyl, 9-Acryloyloxynonyl, 10-Acryloyloxydecyl, Methacryloyloxymethyl, 2-Methacryloyloxyethyl, 3-Methacryloyloxypropyl, 4-Methacryloyloxybutyl, 5-Methacryloyloxypentyl, 6-Methacryloyloxyhexyl, 7-Methacryloyloxyheptyl, 8-Methacryloyloxyoctyl, 9-Methacryloyloxynonyl.If R 1 is an alkyl radical in which a CH 2 group is replaced by unsubstituted or substituted -CH = CH- and an adjacent CH 2 group by CO or CO-O or O-CO, this may be straight-chain or branched , It is preferably straight-chain and has 4 to 12 C atoms. It therefore particularly means acryloyloxymethyl, 2-acryloyloxyethyl, 3-acryloyloxypropyl, 4-acryloyloxybutyl, 5-acryloyloxypentyl, 6-acryloyloxyhexyl, 7-acryloyloxyheptyl, 8-acryloyloxyoctyl, 9-acryloyloxynonyl, 10-acryloyloxydecyl, methacryloyloxymethyl, 2-methacryloyloxyethyl, 3 Methacryloyloxypropyl, 4-methacryloyloxybutyl, 5-methacryloyloxypentyl, 6-methacryloyloxyhexyl, 7-methacryloyloxyheptyl, 8-methacryloyloxyoctyl, 9-methacryloyloxynonyl.
Falls R1 einen einfach durch CN oder CF3 substituerten Alkyl- oder Alkenylrest bedeutet, so ist dieser Rest vorzugsweise geradkettig. Die Substitution durch CN oder CF3 ist in beliebiger Position.If R 1 is an alkyl or alkenyl radical which is monosubstituted by CN or CF 3 , this radical is preferably straight-chain. The substitution by CN or CF 3 is in any position.
Falls R1 einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest bedeutet, so ist dieser Rest vorzugsweise geradkettig und Halogen ist vorzugsweise F oder Cl. Bei Mehrfachsubstitution ist Halogen vorzugsweise F. Die resultierenden Reste schließen auch perfluorierte Reste ein. Bei Einfachsubstitution kann der Fluor- oder Chlorsubstituent in beliebiger Position sein, vorzugsweise jedoch in ω-Position.If R 1 is an alkyl or alkenyl radical which is at least monosubstituted by halogen, this radical is preferably straight-chain and halogen is preferably F or Cl. In the case of multiple substitution, halogen is preferably F. The resulting radicals also include perfluorinated radicals. For single substitution, the fluoro or chloro substituent may be in any position, but preferably in the ω position.
Verbindungen mit verzweigten Flügelgruppen R1 können gelegentlich wegen einer besseren Löslichkeit in den üblichen flüssigkristallinen Basismaterialien von Bedeutung sein, insbesondere aber als chirale Dotierstoffe, wenn sie optisch aktiv sind. Smektische Verbindungen dieser Art eignen sich als Komponenten für ferroelektrische Materialien.Compounds with branched wing groups R 1 can occasionally because of a better solubility in the usual liquid-crystalline Base materials of importance, but especially as chiral dopants, if they are optically active. Smectic compounds of this type are useful as components of ferroelectric materials.
Verzweigte Gruppen dieser Art enthalten in der Regel nicht mehr als eine Kettenverzweigung. Bevorzugt verzweigte Reste R1 sind Isopropyl, 2-Butyl (= 1-Methylpropyl), Isobutyl (= 2-Methylpropyl), 2-Methylbutyl, Isopentyl (= 3-Methylbutyl), 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 2-Ethylhexyl, 2-Propylpentyl, Isopropoxy, 2-Methylpropoxy, 2-Methylbutoxy, 3-Methylbutoxy, 2-Methylpentoxy, 3-Methylpentoxy, 2-Ethylhexoxy, 1-Methylhexoxy, 1-Methylheptoxy.Branched groups of this type usually contain no more than one chain branch. Preferred branched radicals R 1 are isopropyl, 2-butyl (= 1-methylpropyl), isobutyl (= 2-methylpropyl), 2-methylbutyl, isopentyl (= 3-methylbutyl), 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 2-ethylhexyl, 2-propylpentyl, isopropoxy, 2-methylpropoxy, 2-methylbutoxy, 3-methylbutoxy, 2-methylpentoxy, 3-methylpentoxy, 2-ethylhexoxy, 1-methylhexoxy, 1-methylheptoxy.
Falls R1 einen Alkylrest darstellt, in dem zwei oder mehr CH2-Gruppen durch -O- und/oder -CO-O- ersetzt sind, so kann dieser geradkettig oder verzweigt sind. Vorzugsweise ist er verzweigt und hat 3 bis 12 C-Atome. Er bedeutet demnach besonders Bis-carboxy-methyl, 2,2-Bis-carboxy-ethyl, 3,3-Bis-carboxy-propyl, 4,4-Bis-carboxy-butyl, 5,5-Bis-carboxy-pentyl, 6,6-Bis-carboxy-hexyl, 7,7-Bis-carboxy-heptyl, 8,8-Bis-carboxy-octyl, 9,9-Bis-carboxy-nonyl, 10,10-Bis-carboxy-decyl, Bis-(methoxy-carbonyl)-methyl, 2,2-Bis-(methoxycarbonyl)-ethyl, 3,3-Bis-(methoxy-carbonyl)-propyl, 4,4-Bis-(methoxycarbonyl)-butyl, 5,5-Bis-(methoxy-carbonyl)-pentyl, 6,6-Bis-(methoxycarbonyl)-hexyl, 7,7-Bis-(methoxy-carbonyl)-heptyl, 8,8-Bis-(methoxycarbonyl)-octyl, Bis-(ethoxycarbonyl)-methyl, 2,2-Bis-(ethoxycarbonyl)-ethyl, 3,3-Bis-(ethoxycarbonyl)-propyl, 4,4-Bis-(ethoxycarbonyl)-butyl, 5,5-Bis-(ethoxycarbonyl)-hexyl.If R 1 represents an alkyl radical in which two or more CH 2 groups have been replaced by -O- and / or -CO-O-, this may be straight-chain or branched. Preferably, it is branched and has 3 to 12 carbon atoms. It therefore particularly denotes bis-carboxy-methyl, 2,2-bis-carboxy-ethyl, 3,3-bis-carboxy-propyl, 4,4-bis-carboxy-butyl, 5,5-bis-carboxy-pentyl, 6,6-bis-carboxy-hexyl, 7,7-bis-carboxy-heptyl, 8,8-bis-carboxy-octyl, 9,9-bis-carboxy-nonyl, 10,10-bis-carboxy-decyl, Bis (methoxy-carbonyl) -methyl, 2,2-bis (methoxycarbonyl) -ethyl, 3,3-bis (methoxycarbonyl) -propyl, 4,4-bis (methoxycarbonyl) -butyl, 5, 5-bis (methoxycarbonyl) pentyl, 6,6-bis (methoxycarbonyl) hexyl, 7,7-bis (methoxycarbonyl) heptyl, 8,8-bis (methoxycarbonyl) octyl, Bis (ethoxycarbonyl) methyl, 2,2-bis (ethoxycarbonyl) ethyl, 3,3-bis (ethoxycarbonyl) propyl, 4,4-bis (ethoxycarbonyl) butyl, 5,5-bis (ethoxycarbonyl) -hexyl.
Die Verbindungen der Formeln I werden nach an sich bekannten Methoden dargestellt, wie sie in der Literatur (z. B. in den Standardwerken wie Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart) beschrieben sind, und zwar unter Reaktionsbedingungen, die für die genannten Umsetzungen bekannt und geeignet sind. Dabei kann man auch von an sich bekannten, hier nicht näher erwähnten Varianten Gebrauch machen.The compounds of the formulas I are prepared by methods known per se, as described in the literature (eg in the standard works such as Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Georg Thieme Verlag, Stuttgart), namely under Reaction conditions which are known and suitable for the said reactions. One can also make use of known per se, not mentioned here variants.
Geeignete Verfahren zur Herstellung sind in Schema 1 und Schema 2 skizziert.
Schema 1 zeigt, wie durch Palladium-katalysierte Verknüpfung einer Chlordifluorethenverbindung der Formel 1 mit einer Boronsäureverbindung der Formel 2 die erfindungsgemäßen Difluorethenverbindungen 3 hergestellt werden können. Die Formel 3 ist analog zu Formel I. Die Reste Ar1 und Ar2 stellen entsprechend substituierte, aromatische Ringsysteme dar.Scheme 1 shows how the difluoroethene compounds 3 according to the invention can be prepared by palladium-catalyzed linking of a chlorodifluoroethene compound of the formula 1 with a boronic acid compound of the formula 2 . The formula 3 is analogous to formula I. The radicals Ar 1 and Ar 2 represent correspondingly substituted, aromatic ring systems.
Die Ausgangsverbindungen der Formel 1 lassen sich aus einem Arylhalogenid 4 durch Halogen-Metall-Austausch und Reaktion mit Chlortrifluorethylen herstellen. Bei der dargestellten Synthesestrategie fällt das gewünschte E-Isomer der Formel 3 im Überschuss zum Z-Isomer an. Das gewünschte Isomer lässt sich chromatographisch und durch Kristallisation leicht isolieren.The starting compounds of formula 1 can be prepared from an aryl halide 4 by halogen-metal exchange and reaction with chlorotrifluoroethylene. In the synthesis strategy shown, the desired E- isomer of the formula 3 is obtained in excess of the Z isomer. The desired isomer can be readily isolated by chromatography and crystallization.
Gegenstand der Erfindung sind auch elektrooptische Anzeigen (insbesondere STN- oder MFK-Anzeigen mit zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden, integrierten nicht-linearen Elementen zur Schaltung einzelner Bildpunkte auf den Trägerplatten und einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie und hohem spezifischem Widerstand), die derartige Medien enthalten sowie die Verwendung dieser Medien für elektrooptische Zwecke.The invention also electro-optical displays (in particular STN or MFK displays with two plane-parallel support plates, which form a cell with a border, integrated non-linear elements for switching individual pixels on the support plates and an in-cell nematic liquid crystal composition having positive dielectric anisotropy and high resistivity) containing such media and the use of these media for electro-optical purposes.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ermöglichen eine bedeutende Erweiterung des zur Verfügung stehenden Parameterraumes. Die erzielbaren Kombinationen aus Klärpunkt, Viskosität bei tiefer Temperatur, thermischer Stabilität und dielektrischer Anisotropie übertreffen bei weitem bisherige Materialien aus dem Stand der Technik.The liquid-crystal mixtures according to the invention enable a significant expansion of the available parameter space. The achievable combinations of clearing point, low temperature viscosity, thermal stability and dielectric anisotropy far surpass existing prior art materials.
Die Verbindungen der Formel I werden erfindungsgemäß mit weiteren hochpolaren Komponenten mit Δε > 8 und mit einer oder mehreren neutralen Komponenten (-1,5 < Δε < 3), die - wenigstens zum Teil - gleichzeitig eine geringe optische Anisotropie (Δn < 0,08) besitzen, kombiniert um die flüssigkristallinen Medien zu erhalten.The compounds of formula I according to the invention with further highly polar components with Δε> 8 and with one or more neutral components (-1.5 <Δε <3), which - at least in part - at the same time a low optical anisotropy (Δn <0.08 ) combined to obtain the liquid crystalline media.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ermöglichen es unter Beibehaltung der nematischen Phase bis -20 °C und bevorzugt bis -30 °C, besonders bevorzugt bis -40 °C, einen Klärpunkt oberhalb 60 °C, vorzugsweise oberhalb 65 °C, besonders bevorzugt oberhalb 70 °C, gleichzeitig dielektrische Anisotropiewerte Δε ≥ 3, vorzugsweise ≥ 5, insbesondere auch ≥ 7 und einen hohen Wert für den spezifischen Widerstand zu erreichen, wodurch hervorragende STN- und MFK-Anzeigen erzielt werden können. Insbesondere sind die Mischungen durch sehr geringe Rotationsviskositäten gekennzeichnet. Die Rotationsviskositäten γ1 liegen unterhalb 90 mPa·s, vorzugsweise unterhalb 80 mPa·s, besonders bevorzugt unter 70 mPa·s. Die Operationsspannungen liegen gleichzeitig, abhängig von der gewählten dielektrischen Anisotropie des Mediums, bei niedrigen Werten.The liquid-crystal mixtures according to the invention make it possible, while maintaining the nematic phase to -20 ° C and preferably to -30 ° C, particularly preferably to -40 ° C, a clearing point above 60 ° C, preferably above 65 ° C, more preferably above 70 ° C. simultaneously achieving dielectric anisotropy values Δ∈ ≥ 3, preferably ≥ 5, in particular also ≥ 7 and a high value for the specific resistance, whereby excellent STN and MFK displays can be achieved. In particular, the mixtures are characterized by very low rotational viscosities. The rotational viscosities γ 1 are below 90 mPa · s, preferably below 80 mPa · s, more preferably below 70 mPa · s. The operating voltages are simultaneously low, depending on the chosen dielectric anisotropy of the medium.
Es versteht sich, dass durch geeignete Wahl der Komponenten der erfindungsgemäßen Mischungen auch höhere Klärpunkte (z.B. oberhalb 90 °C) bei höheren Schwellenspannungen oder niedrigere Klärpunkte bei niedrigeren Schwellenspannungen unter Erhalt der anderen vorteilhaften Eigenschaften realisiert werden können. Ebenso können bei entsprechend wenig erhöhten Viskositäten Mischungen mit größerem Δε und somit geringen Schwellen oder Mischungen mit höheren Klärpunkten erhalten werden. Die erfindungsgemäßen MFK-Anzeigen arbeiten vorzugsweise im ersten Transmissionsminimum nach Gooch und Tarry [
Die Fließviskosität ν20 bei 20 °C ist vorzugsweise < 60 mm2·s-1, besonders bevorzugt < 50 mm2·s-1. Die Rotationsviskosität γ1 der erfindungsgemäßen Mischungen bei 20 °C ist vorzugsweise < 80 mPa·s, besonders bevorzugt < 70 mPa·s. Der nematische Phasenbereich hat vorzugsweise eine Breite von mindestens 90°C, insbesondere von mindestens 100°C. Vorzugsweise erstreckt sich dieser Bereich mindestens von -20° bis +70°C.The flow viscosity ν 20 at 20 ° C is preferably <60 mm 2 · s -1 , more preferably <50 mm 2 · s -1 . The rotational viscosity γ 1 of the mixtures according to the invention at 20 ° C. is preferably <80 mPa · s, more preferably <70 mPa · s. The nematic phase range preferably has a width of at least 90 ° C, in particular of at least 100 ° C. Preferably, this range extends at least from -20 ° to + 70 ° C.
Bei Flüssigkristallanzeigen ist eine kleine Schaltzeit erwünscht. Dies gilt besonders für Anzeigen für die Videowiedergabe. Für derartige Anzeigen werden Schaltzeiten (Summe: ton + toff) von maximal 16 ms benötigt. Die Obergrenze der Schaltzeit wird durch die Bildwiederholfrequenz bestimmt. Neben der Rotationsviskosität γ1 beeinflußt auch der Tiltwinkel die Schaltzeit.For liquid crystal displays, a small switching time is desired. This is especially true for video playback ads. For such displays, switching times (sum: t on + t off ) of a maximum of 16 ms are required. The upper limit of the switching time is determined by the refresh rate. In addition to the rotational viscosity γ 1 , the tilt angle also influences the switching time.
Messungen des "Voltage Holding-ratio" (HR) [
Besonders bevorzugte Flüssigkristalline Medien enthalten eine oder mehrere Verbindungen aus den Formeln I-1 bis I-30:
Von diesen bevorzugten Verbindungen sind besonders bevorzugt unter Verbindungen mit zwei Ringen (m = 0) solche der Formeln I-1, I-2, I-3, I-4 und I-5, ganz besonders die der Formeln I-1, I-2 und I-4. Besonders bevorzugt unter den Dreiringverbindungen sind solche der Formeln I-7, I-8, I-10, I-13, I-14, I-16, I-19, I-22, I-23, I-24, I-27 und I-28, ganz besonders die der Formeln I-8 und I-14.Of these preferred compounds, particularly preferred among compounds having two rings (m = 0) are those of the formulas I-1, I-2, I-3, I-4 and I-5, more particularly those of the formulas I-1, I -2 and I-4. Particularly preferred among the three-ring compounds are those of the formulas I-7, I-8, I-10, I-13, I-14, I-16, I-19, I-22, I-23, I-24, I -27 and I-28, especially those of formulas I-8 and I-14.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien sind im Folgenden angegeben:
- Das flüssigkristallines Medium ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Verbindungen der Formel I im Gesamtgemisch 0,5 bis 40 Gew.% beträgt; bevorzugt beträgt er 4 bis 20 Gew.%.
- Das Medium enthält ein, zwei oder mehrere Verbindungen der Formeln I-1 bis I-30;
- Das Medium enthält zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln II bis VI:
- R0
- n-Alkyl, Alkoxy, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen,
- X0
- F, Cl, halogeniertes Alkyl, halogeniertes Alkenyl, halogeniertes Oxalkyl, halogeniertes Alkenyloxy oder halogeniertes Alkoxy mit bis zu 6 C-Atomen,
- Z0
- -C2F4-, -CF=CF-, -C2H4-, -(CH2)4-, -OCH2-, -CH2O-, -CF2O- oder -OCF2-,
- Y1 bis Y4
- jeweils unabhängig voneinander H oder F,
- r
- 0 oder 1, und
- t
- 0, 1 oder 2.
- The liquid-crystalline medium is characterized in that the proportion of compounds of the formula I in the total mixture is 0.5 to 40% by weight; it is preferably 4 to 20% by weight.
- The medium contains one, two or more compounds of the formulas I-1 to I-30;
- The medium additionally contains one or more compounds selected from the group consisting of the general formulas II to VI:
- R 0
- n-alkyl, alkoxy, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl having in each case up to 9 C atoms,
- X 0
- F, Cl, halogenated alkyl, halogenated alkenyl, halogenated oxalkyl, halogenated alkenyloxy or halogenated alkoxy having up to 6 C atoms,
- Z 0
- -C 2 F 4 -, -CF = CF-, -C 2 H 4 -, - (CH 2 ) 4 -, -OCH 2 -, -CH 2 O-, -CF 2 O- or -OCF 2 -,
- Y 1 to Y 4
- each independently of one another H or F,
- r
- 0 or 1, and
- t
- 0, 1 or 2.
Die Verbindung der Formel IV ist vorzugsweise
- Das Medium enthält zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln VII bis XIII:
- R0
- n-Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen,
- X0
- F, Cl, halogeniertes Alkyl, halogeniertes Alkenyl, halogeniertes Alkenyloxy oder halogeniertes Alkoxy mit bis zu 6 C-Atomen, und
- Y1 bis Y4
- jeweils unabhängig voneinander H oder F
- The medium additionally contains one or more compounds selected from the group consisting of the general formulas VII to XIII:
- R 0
- n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl having in each case up to 9 C atoms,
- X 0
- F, Cl, halogenated alkyl, halogenated alkenyl, halogenated alkenyloxy or halogenated alkoxy having up to 6 C atoms, and
- Y 1 to Y 4
- each independently of one another H or F.
X0 ist hier vorzugsweise F, Cl, CF3, OCF3 oder OCHF2. R0 bedeutet hier vorzugsweise Alkyl, Alkoxy, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 6 C-Atomen.X 0 here is preferably F, Cl, CF 3 , OCF 3 or OCHF 2 . R 0 here preferably denotes alkyl, alkoxy, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 6 C atoms.
Das Medium enthält zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen der Formeln E-a bis E-d
- R0
- n-Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen
- Der Anteil an Verbindungen der Formel I beträgt im Gesamtgemisch 0,5 bis 40 Gew.%, besonders bevorzugt 1 bis 30 Gew.%;
- Der Anteil der Verbindungen der Formeln E-a bis E-d ist vorzugsweise 5-30 Gew.%, insbesondere 5-25 Gew.%;
- Der Anteil an Verbindungen der Formeln I bis VI zusammen beträgt im Gesamtgemisch mindestens 30 Gew.%;
- Der Anteil an Verbindungen der Formeln II bis VI im Gesamtgemisch beträgt 30 bis 80 Gew.%;
- Das Medium enthält Verbindungen der Formeln II, III, IV, V und/oder VI;
- R0 ist in allen Verbindungen bevorzugt geradkettiges Alkyl oder Alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen;
- Das Medium enthält weitere Verbindungen aus der Klasse der fluorierten Terphenyle mit R0 und/oder X0, wie unten definiert, als Endgruppen, vorzugsweise ausgewählt aus der folgenden Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln XIV und XV:
- R0
- n-Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen,
- X0
- F, Cl, halogeniertes Alkyl, halogeniertes Alkenyl, halogeniertes Alkenyloxy oder halogeniertes Alkoxy mit bis zu 6 C-Atomen, und
- Ring B und C,
- unabhängig voneinander, 1,4-Phenylen mit 0, 1, oder 2 Fluor substituiert,
- R 0
- n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 9 carbon atoms
- The proportion of compounds of formula I is in the total mixture 0.5 to 40 wt.%, Particularly preferably 1 to 30 wt.%;
- The proportion of the compounds of the formulas Ea to Ed is preferably 5-30% by weight, in particular 5-25% by weight;
- The proportion of compounds of the formulas I to VI together in the total mixture is at least 30% by weight;
- The proportion of compounds of the formulas II to VI in the total mixture is 30 to 80% by weight;
- The medium contains compounds of the formulas II, III, IV, V and / or VI;
- R 0 in all compounds is preferably straight-chain alkyl or alkenyl having 2 to 7 C atoms;
- The medium contains further compounds from the class of fluorinated terphenyls with R 0 and / or X 0 , as defined below, as end groups, preferably selected from the following group consisting of the general formulas XIV and XV:
- R 0
- n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl having in each case up to 9 C atoms,
- X 0
- F, Cl, halogenated alkyl, halogenated alkenyl, halogenated alkenyloxy or halogenated alkoxy having up to 6 C atoms, and
- Ring B and C,
- independently of one another, 1,4-phenylene is substituted by 0, 1 or 2 fluorine,
Vorzugsweise ist in Formel XIV und XV je mindestens einer der 1,4-Phenylenringe ein- oder mehrfach durch Fluoratome substituiert. Bevorzugt sind in Verbindungen der Formel XIV zwei der Phenylene durch mindestens ein Fluoratom substituiert oder eines der Phenylene durch 2 Fluoratome substituiert; in Verbindungen der Formel XV ist bevorzugt eines der Phenylene durch mindestens ein Fluoratom substituiert. X0 ist hier vorzugsweise F, Cl, CF3, OCF3 oder OCHF2. R0 bedeutet hier vorzugsweise Alkyl, Alkoxy, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 6 C-Atomen.Preferably in formula XIV and XV at least one of the 1,4-phenylene rings is monosubstituted or polysubstituted by fluorine atoms. In compounds of the formula XIV, two of the phenylenes are preferably substituted by at least one fluorine atom or one of the phenylenes is substituted by 2 fluorine atoms; In compounds of the formula XV, one of the phenylenes is preferably substituted by at least one fluorine atom. X 0 here is preferably F, Cl, CF 3 , OCF 3 or OCHF 2 . R 0 here preferably denotes alkyl, alkoxy, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 6 C atoms.
Vorzugsweise handelt es sich bei Verbindungen der Formel XIV um Verbindungen der Formeln XIV-1 bis XIV-5:
- Der Anteil der Verbindungen der Formeln XIV und XV ist vorzugsweise 0-25 Gew.%, insbesondere 2-20 Gew.% und ganz besonders 5-15 Gew.%;
- The proportion of the compounds of the formulas XIV and XV is preferably 0-25% by weight, in particular 2-20% by weight and very particularly 5-15% by weight;
Vorzugsweise handelt es sich bei Verbindungen der Formel XV um eine Verbindung der Formel XV-1:
- Das Medium enthält weitere Verbindungen, vorzugsweise ausgewählt aus der folgenden Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln XVI bis XVIII:
- R0
- n-Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen,
- Y1
- H oder F, und
- X0
- F, Cl, halogeniertes Alkyl, halogeniertes Alkenyl, halogeniertes Alkenyloxy oder halogeniertes Alkoxy mit bis zu 6 C-Atomen
die 1,4-Phenylenringe können zusätzlich durch CN, Chlor oder Fluor substituiert sein. Vorzugsweise sind die 1,4-Phenylenringe ein- oder mehrfach durch Fluoratome substituiert. - Das Medium enthält zusätzlich ein, zwei, drei oder mehr, vorzugsweise zwei oder drei Verbindungen der Formeln
- Das Medium enthält vorzugsweise 5-35 Gew.% der Verbindung IVa.
- Das Medium enthält vorzugsweise ein, zwei oder drei Verbindungen der Formel IVa, worin Xo F oder OCF3 bedeutet.
- Das Medium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formeln IIa bis IIg,
- R0
- n-Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen
- The medium contains further compounds, preferably selected from the following group consisting of the general formulas XVI to XVIII:
- R 0
- n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl having in each case up to 9 C atoms,
- Y 1
- H or F, and
- X 0
- F, Cl, halogenated alkyl, halogenated alkenyl, halogenated alkenyloxy or halogenated alkoxy having up to 6 C atoms
The 1,4-phenylene rings may additionally be substituted by CN, chlorine or fluorine. Preferably, the 1,4-phenylene rings are mono- or polysubstituted by fluorine atoms. - The medium additionally contains one, two, three or more, preferably two or three compounds of the formulas
- The medium preferably contains 5-35% by weight of compound IVa.
- The medium preferably contains one, two or three compounds of formula IVa, wherein X o is F or OCF 3 .
- The medium preferably contains one or more compounds of the formulas IIa to IIg,
- R 0
- n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 9 carbon atoms
In den Verbindungen der Formeln IIa-IIg bedeutet R0 vorzugsweise Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl und n-Pentyl.
- Der Anteil an Verbindungen der Formeln K (K-1 bis K-12) beträgt bevorzugt 5 bis 50 Gew-%, besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.%.
- Der Anteil der Verbindungen der Formel IVb und/oder IVc, worin Xo Fluor und R0 CH3, C2H5, n-C3H7, n-C4H9 oder n-C5H11 bedeutet, beträgt im Gesamtgemisch 2 bis 20 Gew.%, insbesondere 2 bis 15 Gew.%.
- Das Medium enthält vorzugsweise Verbindungen der Formeln II bis VI, worin R0 Methyl bedeutet. Besonders bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Medium Verbindungen der Formeln
- Das Medium enthält vorzugsweise ein, zwei oder mehr, vorzugsweise ein oder zwei, Dioxan-Verbindungen der Formeln,
- R0
- n-Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen
- The proportion of compounds of the formulas K (K-1 to K-12) is preferably from 5 to 50% by weight, particularly preferably from 10 to 40% by weight.
- The proportion of the compounds of the formula IVb and / or IVc in which X o is fluorine and R 0 is CH 3 , C 2 H 5 , nC 3 H 7 , nC 4 H 9 or nC 5 H 11 is 2 to 20% by weight in the total mixture .%, In particular 2 to 15 wt.%.
- The medium preferably contains compounds of the formulas II to VI, in which R 0 is methyl. The medium according to the invention particularly preferably contains compounds of the formulas
- The medium preferably contains one, two or more, preferably one or two, dioxane compounds of the formulas,
- R 0
- n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 9 carbon atoms
Der Anteil der Dioxan-Verbindungen D-1 und/oder D-2 in den erfindungsgemäßen Mischungen beträgt vorzugsweise 0-25 Gew.%, insbesondere 0-20 Gew.% und ganz besonders bevorzugt 0-15 Gew.%.
- Das Medium enthält vorzugsweise ein, zwei oder mehr, vorzugsweise ein oder zwei Pyranverbindungen der Formeln P-1 bis P-4,
- R0
- n-Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen
- Das Medium enthält zusätzlich ein, zwei oder mehr Zweikern-Verbindungen der Formeln Z-1 bis Z-9 (allgemein Z),
- R1a und R2a
- jeweils unabhängig voneinander H, CH3, C2H5 oder n-C3H7 bedeuten, und
- R0
- n-Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen
- The medium preferably contains one, two or more, preferably one or two pyran compounds of the formulas P-1 to P-4,
- R 0
- n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 9 carbon atoms
- The medium additionally contains one, two or more dinuclear compounds of the formulas Z-1 to Z-9 (generally Z),
- R 1a and R 2a
- each independently of one another are H, CH 3 , C 2 H 5 or nC 3 H 7 , and
- R 0
- n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 9 carbon atoms
Alkyl, Alkyl* und Alkenyl besitzen die nachfolgend angegebenen Bedeutungen.Alkyl, alkyl * and alkenyl have the meanings given below.
Von den genannten Zweikern-Verbindungen sind besonders bevorzugt die Verbindungen Z-2, Z-5, Z-4 und Z-6, ganz besoders die Verbindungen der Formel Z-5 mit Alkyl gleich Propyl und R1a gleich H oder Methyl, insbesondere mit R1a gleich H.
- Der Anteil an Verbindungen der Formeln Z-1 bis Z-9 beträgt insgesamt 5 bis 70 Gew.%, bevorzugt 15 bis 50 Gew.%. Der Anteil an Verbindungen der Formel Z-5 für sich beträgt vorzugsweise 10 bis 60 Gew.%, bevorzugt 15 bis 50 Gew.%.
- Das Medium besteht im wesentlichen aus Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln I bis VI, K-1 bis K-121 und aus Z-1 bis Z-9.
- The proportion of compounds of the formulas Z-1 to Z-9 is in total 5 to 70% by weight, preferably 15 to 50% by weight. The proportion of compounds of the formula Z-5 per se is preferably from 10 to 60% by weight, preferably from 15 to 50% by weight.
- The medium consists essentially of compounds selected from the group consisting of the general formulas I to VI, K-1 to K-121 and from Z-1 to Z-9.
Das Medium enthält zusätzlich eine oder mehrere UV-stabilisierende Verbindungen, insbesondere eine Quaterphenylverbindung. Besonders bevorzugt sind einfach oder mehrfach fluorierte Quaterphenylverbindungen der Formel
und ganz besonders der Formel
- Das Medium enthält zusätzlich ein, zwei oder mehr Verbindungen mit anellierten Ringen der Formeln AN1 bis AN11:
- Die erfindungsgemäßen Mischungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie Klärpunkte von ≥ 70 °C und Schwellenspannungen von < 2,0 V aufweisen.
- Die erfindungsgemäßen Mischungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie eine dielektrische Anisotropie von Δε > 3 und bevorzugt von Δε > 5 aufweisen.
and especially the formula
- The medium additionally contains one, two or more compounds with fused rings of the formulas AN1 to AN11:
- The mixtures according to the invention are distinguished, in particular, by having clearing points of .gtoreq.70.degree. C. and threshold voltages of <2.0 V.
- The mixtures according to the invention are distinguished, in particular, by having a dielectric anisotropy of Δε> 3 and preferably of Δε> 5.
Es wurde gefunden, dass bereits ein relativ geringer Anteil an Verbindungen der Formeln I im Gemisch mit üblichen Flüssigkristallmaterialien, insbesondere jedoch mit einer oder mehreren Verbindungen der Formeln K, Z, II, III, IV, V und/oder VI zu einer beträchtlichen Erniedrigung der Rotationsviskositäten und der Schaltzeiten führt, wobei gleichzeitig breite nematische Phasen mit tiefen Übergangstemperaturen smektisch-nematisch beobachtet werden, wodurch die Lagerstabilität verbessert wird.It has been found that even a relatively small proportion of compounds of the formula I in admixture with conventional liquid crystal materials, but in particular with one or more compounds of the formulas K, Z, II, III, IV, V and / or VI to a considerable reduction of the Rotation viscosities and the switching times leads, at the same time broad nematic phases are observed with low transition temperatures smectic-nematic, whereby the storage stability is improved.
Der Ausdruck "Alkyl" bzw. "Alkyl*" umfasst geradkettige und verzweigte Alkylgruppen mit 1-7 Kohlenstoffatomen, insbesondere die geradkettigen Gruppen Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl und Heptyl. Gruppen mit 1-5 Kohlenstoffatomen sind im allgemeinen bevorzugt.The term "alkyl" or "alkyl *" embraces straight-chain and branched alkyl groups having 1-7 carbon atoms, in particular the straight-chain groups methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl and heptyl. Groups of 1-5 carbon atoms are generally preferred.
Der Ausdruck "Alkenyl" umfasst geradkettige und verzweigte Alkenylgruppen mit 2-7 Kohlenstoffatomen, insbesondere die geradkettigen Gruppen. Bevorzugte Alkenylgruppen sind C2-C7-1E-Alkenyl, C4-C7-3E-Alkenyl, C5-C7-4-Alkenyl, C6-C7-5-Alkenyl und C7-6-Alkenyl, insbesondere C2-C7-1E-Alkenyl, C4-C7-3E-Alkenyl und C5-C7-4-Alkenyl. Beispiele besonders bevorzugter Alkenylgruppen sind Vinyl, 1 E-Propenyl, 1 E-Butenyl, 1 E-Pentenyl, 1 E-Hexenyl, 1 E-Heptenyl, 3-Butenyl, 3E-Pentenyl, 3E-Hexenyl, 3E-Heptenyl, 4-Pentenyl, 4Z-Hexenyl, 4E-Hexenyl, 4Z-Heptenyl, 5-Hexenyl, 6-Heptenyl und dergleichen. Gruppen mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen sind im allgemeinen bevorzugt.The term "alkenyl" includes straight-chain and branched alkenyl groups having 2-7 carbon atoms, especially the straight-chain groups. Preferred alkenyl groups are C 2 -C 7 -1E-alkenyl, C 4 -C 7 -EE-alkenyl, C 5 -C 7 -alkenyl, C 6 -C 7 -5-alkenyl and C 7 -6-alkenyl, in particular C 2 -C 7 -1E-alkenyl, C 4 -C 7 -EE-alkenyl and C 5 -C 7 -4 alkenyl. Examples of particularly preferred alkenyl groups are vinyl, 1E-propenyl, 1E-butenyl, 1E-pentenyl, 1E-hexenyl, 1E-heptenyl, 3-butenyl, 3E-pentenyl, 3E-hexenyl, 3E-heptenyl, 4- Pentenyl, 4Z-hexenyl, 4E-hexenyl, 4Z-heptenyl, 5-hexenyl, 6-heptenyl and the like. Groups of up to 5 carbon atoms are generally preferred.
Der Ausdruck "Fluoralkyl" umfasst vorzugsweise geradkettige Gruppen mit endständigem Fluor, d.h. Fluormethyl, 2-Fluorethyl, 3-Fluorpropyl, 4-Fluorbutyl, 5-Fluorpentyl, 6-Fluorhexyl und 7-Fluorheptyl. Andere Positionen des Fluors sind jedoch nicht ausgeschlossen.The term "fluoroalkyl" preferably includes straight-chain fluoro-terminated groups, i. Fluoromethyl, 2-fluoroethyl, 3-fluoropropyl, 4-fluorobutyl, 5-fluoropentyl, 6-fluorohexyl and 7-fluoroheptyl. Other positions of the fluorine are not excluded.
Der Ausdruck "Oxaalkyl" bzw. "Alkoxy" umfasst vorzugsweise geradkettige Reste der Formel CnH2n+1-O-(CH2)m, worin n und m jeweils unabhängig voneinander 1 bis 6 bedeuten. m kann auch 0 bedeuten. Vorzugsweise ist n = 1 und m 1 -6 oder m = 0 und n = 1-3.The term "oxaalkyl" or "alkoxy" preferably comprises straight-chain radicals of the formula C n H 2n + 1 -O- (CH 2 ) m , in which n and m are each independently of one another from 1 to 6. m can also mean 0. Preferably, n = 1 and m is 1-6 or m = 0 and n = 1-3.
Durch geeignete Wahl der Bedeutungen von R0 und X0 können die Ansprechzeiten, die Schwellenspannung, die Steilheit der Transmissionskennlinien etc. in gewünschter Weise modifiziert werden. Beispielsweise führen 1 E-Alkenylreste, 3E-Alkenylreste, 2E-Alkenyloxyreste und dergleichen in der Regel zu kürzeren Ansprechzeiten, verbesserten nematischen Tendenzen und einem höheren Verhältnis der elastischen Konstanten k33 (bend) und k11 (splay) im Vergleich zu Alkyl- bzw. Alkoxyresten. 4-Alkenylreste, 3-Alkenylreste und dergleichen ergeben im allgemeinen tiefere Schwellenspannungen und kleinere Werte von k33/k11 im Vergleich zu Alkyl- und Alkoxyresten.By suitably selecting the meanings of R 0 and X 0 , the response times, the threshold voltage, the transconductance of the transmission characteristics etc. can be modified in the desired manner. For example, 1 E-alkenyl radicals, 3E-alkenyl radicals, 2E-alkenyloxy radicals and the like usually lead to shorter response times, improved nematic tendencies and a higher ratio of the elastic constants k 33 (bend) and k 11 (splay) in comparison to alkyl resp Alkoxy radicals. 4-Alkenyl radicals, 3-alkenyl radicals and the like generally give lower threshold voltages and smaller values of k 33 / k 11 compared to alkyl and alkoxy radicals.
Eine -CH2CH2-Gruppe führt im allgemeinen zu höheren Werten von k33/k11 im Vergleich zu einer einfachen Kovalenzbindung. Höhere Werte von k33/k11 ermöglichen z.B. flachere Transmissionskennlinien in TN-Zellen mit 90° Verdrillung (zur Erzielung von Grautönen) und steilere Transmissionskennlinien in STN-, SBE- und OMI-Zellen (höhere Multiplexierbarkeit) und umgekehrt.A -CH 2 CH 2 group generally results in higher values of k 33 / k 11 compared to a single covalent bond. Higher values of k 33 / k 11 facilitate, for example, flatter transmission characteristic lines in TN cells with a 90 ° twist (for achieving gray shades) and steeper transmission characteristic lines in STN, SBE and OMI cells (greater multiplexing) and vice versa.
Das optimale Mengenverhältnis der Verbindungen der Formeln I und K + Z + II + III + IV + V + VI hängt weitgehend von den gewünschten Eigenschaften, von der Wahl der Komponenten der Formeln I, II, III, IV, V und/oder VI und der Wahl weiterer gegebenenfalls vorhandener Komponenten ab.The optimum ratio of the compounds of the formulas I and K + Z + II + III + IV + V + VI depends largely on the desired properties, on the choice of the components of the formulas I, II, III, IV, V and / or VI and the choice of other optionally present components.
Geeignete Mengenverhältnisse innerhalb des oben angegebenen Bereichs können von Fall zu Fall leicht ermittelt werden.Suitable proportions within the range given above can be easily determined on a case-by-case basis.
Die Gesamtmenge an Verbindungen der Formeln I und der angegebenen Cokomponenten in den erfindungsgemäßen Gemischen ist nicht kritisch. Die Gemische können daher eine oder mehrere weitere Komponenten enthalten zwecks Optimierung verschiedener Eigenschaften. Der beobachtete Effekt auf die Ansprechzeiten und die Schwellenspannung ist jedoch in der Regel umso größer je höher die Gesamtkonzentration an Verbindungen der Formeln I und der angegebenen Cokomponenten sind.The total amount of compounds of the formulas I and the cocomponents given in the mixtures according to the invention is not critical. The mixtures may therefore contain one or more other components to optimize various properties. The observed effect on the response times and the threshold voltage, however, is generally greater the higher the total concentration of compounds of the formulas I and the cocomponents indicated.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Medien Verbindungen der Formel II bis VI (vorzugsweise II, III und/oder IV, insbesondere IVa), worin X0 F, OCF3, OCHF2, OCH=CF2, OCF=CF2 oder OCF2-CF2H bedeutet. Eine günstige synergistische Wirkung mit den Verbindungen der Formeln I führt zu besonders vorteilhaften Eigenschaften. Insbesondere Mischungen enthaltend Verbindungen der Formel I und der Formel IVa zeichnen sich durch ihre niedrige Schwellenspannung aus.In a particularly preferred embodiment, the media according to the invention contain compounds of the formula II to VI (preferably II, III and / or IV, in particular IVa) in which X is 0 F, OCF 3 , OCHF 2 , OCH = CF 2 , OCF = CF 2 or OCF 2 -CF 2 H means. A favorable synergistic effect with the compounds of the formula I leads to particularly advantageous properties. In particular, mixtures containing compounds of the formula I and of the formula IVa are distinguished by their low threshold voltage.
Die einzelnen Verbindungen, die in den erfindungsgemäßen Medien verwendet werden können, sind entweder bekannt, oder sie können analog zu den bekannten Verbindungen hergestellt werden.The individual compounds that can be used in the media of the invention are either known or can be prepared analogously to the known compounds.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen MFK-Anzeige aus Polarisatoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit Oberflächenbehandlung entspricht der für derartige Anzeigen üblichen Bauweise. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit gefasst und umfasst auch alle Abwandlungen und Modifikationen der MFK-Anzeige, insbesondere auch Matrix-Anzeigeelemente auf Basis poly-Si TFT oder MIM.The structure of the MFK display of polarizers, electrode base plates and electrodes with surface treatment according to the invention corresponds to the usual construction for such displays. Here, the term of the usual construction is broad and includes all modifications and modifications of the MFK display, in particular matrix display elements based on poly-Si TFT or MIM.
Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Anzeigen zu den bisher üblichen auf der Basis der verdrillten nematischen Zelle besteht jedoch in der Wahl der Flüssigkristallparameter der Flüssigkristallschicht.However, a significant difference of the displays of the invention on the basis of the usual twisted nematic cell is the choice of the liquid crystal parameters of the liquid crystal layer.
Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristallmischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die gewünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Komponenten in der den Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Temperatur. Es ist auch möglich Lösungen der Komponenten in einem organischen Lösungsmittel, z.B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation.The preparation of the liquid crystal mixtures which can be used according to the invention is carried out in a conventional manner. In general, the desired amount of the components used in a lesser amount is dissolved in the component making up the main constituent, advantageously at elevated temperature. It is also possible solutions of the components in an organic solvent, e.g. in acetone, chloroform or methanol, and to remove the solvent again after thorough mixing, for example by distillation.
Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze, wie z. B. UV-Stabilisatoren wie Tinuvin® der Fa. Ciba, Antioxidantien, Radikalfänger, etc. enthalten. Beispielsweise können 0-15 % pleochroitische Farbstoffe oder chirale Dotierstoffe zugesetzt werden. Geeignete Stabilisatoren und Dotierstoffe werden nachfolgend in den Tabellen C und D genannt.The dielectrics may also other, known in the art and described in the literature additives such. As UV stabilizers such as Tinuvin ® Fa. Ciba, antioxidants, radical scavengers, etc. included. For example, 0-15% pleochroic dyes or chiral dopants may be added. Suitable stabilizers and dopants are mentioned below in Tables C and D.
Die Schwellenspannung V10 bezeichnet die Spannung für 10 % Transmission (Blickrichtung senkrecht zur Plattenoberfläche). ton bezeichnet die Einschaltzeit und toff die Ausschaltzeit bei einer Betriebsspannung entsprechend dem 2,0fachen Wert von V10. Δn bezeichnet die optische Anisotropie. Δε bezeichnet die dielektrische Anisotropie (Δε = Δε∥ - ε⊥, wobei ε∥ die Dielektrizitätskonstante parallel zu den Moleküllängsachsen und ε⊥ die Dielektrizitätskonstante senkrecht dazu bedeutet). Die elektro-optischen Daten werden in einer TN-Zelle im 1. Minimum (d.h. bei einem d · Δn-Wert von 0,5 µm) bei 20 °C gemessen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben wird. Die optischen Daten werden bei 20 °C gemessen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben wird.The threshold voltage V 10 denotes the voltage for 10% transmission (viewing direction perpendicular to the plate surface). t on denotes the switch-on time and t off the switch-off time at an operating voltage corresponding to 2.0 times the value of V 10 . Δn denotes the optical anisotropy. Δε denotes the dielectric anisotropy (Δε = Δε ∥ -ε ⊥ , where ε ∥ means the dielectric constant parallel to the longitudinal molecular axes and ε ⊥ the dielectric constant perpendicular thereto). The electro-optical data are measured in a TN cell in the 1st minimum (ie at a d · Δn value of 0.5 microns) at 20 ° C, unless expressly stated otherwise. The optical data are measured at 20 ° C, unless expressly stated otherwise.
In der vorliegenden Anmeldung und in den folgenden Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Akronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln gemäß folgender Tabellen A und B erfolgt. Alle Reste CnH2n+1 und CmH2m+1 sind geradkettige Alkylreste mit n bzw. m C-Atomen; n und m sind ganze Zahlen und bedeuten vorzugsweise 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12. Die Codierung gemäß Tabelle B versteht sich von selbst. In Tabelle A ist nur das Akronym für den Grundkörper angegeben. Im Einzelfall folgt getrennt vom Akronym für den Grundkörper mit einem Strich ein Code für die Substituenten R1*, R2*, L1* und L2*:
Bevorzugte Mischungskomponenten finden sich in den Tabellen A und B.
Besonders bevorzugt sind flüssigkristalline Mischungen, die neben den Verbindungen der Formeln I mindestens ein, zwei, drei oder vier Verbindungen aus der Tabelle B enthalten.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie einschränken zu sollen. Der Fachmann wird in der Lage sein, den Beispielen besonders geeignete, nicht näher beschriebene Ausführungsformen zu entnehmen und sie an unterschiedliche Randbedingungen anzupassen.The following examples illustrate the invention without limiting it. The person skilled in the art will be able to refer to the examples particularly suitable, unspecified embodiments and adapt them to different boundary conditions.
Vor- und nachstehend bedeuten Prozentangaben Gewichtsprozent. Alle Temperaturen sind in Grad Celsius angegeben. Es bedeuten K = kristalliner Zustand, N = nematische Phase, Sm = smektische Phase und I = isotrope Phase. Die Angaben zwischen diesen Symbolen stellen die Übergangstemperaturen für die Reinstoffe dar.Above and below, percentages are by weight. All temperatures are in degrees Celsius. K = crystalline state, N = nematic phase, Sm = smectic phase and I = isotropic phase. The information between these symbols represents the transition temperatures for the pure substances.
Die physikalischen Messmethoden an Mischungen sind in beschrieben in "
Die dielektrische Anisotrope Δε der einzelnen Substanzen wird bei 20 °C und 1 kHz bestimmt. Dazu werden 10 Gew.% der zu untersuchenden Substanzen in der dielektrisch positiven Mischung ZLI-4792 (Merck KGaA) gelöst gemessen und der Messwert auf eine Konzentration von 100 % extrapoliert. Die optische Anisotropie Δn wird bei 20 °C und einer Wellenlänge von 589,3 nm bestimmt. Sie wird ebenfalls durch Extrapolation der Werte bei 10 Gew.% bestimmt.The dielectric anisotropy Δε of the individual substances is determined at 20 ° C and 1 kHz. 10% by weight of the substances to be investigated are dissolved in the dielectrically positive mixture ZLI-4792 (Merck KGaA) and the measured value extrapolated to a concentration of 100%. The optical anisotropy Δn is determined at 20 ° C and a wavelength of 589.3 nm. It is also determined by extrapolation of the values at 10% by weight.
Es bedeuten:
- Klp.
- Klärpunkt (Phasenübergangstemperatur nematisch-isotrop),
- Δn
- optische Anisotropie (589 nm, 20°C),
- Δε
- dielektrische Anisotropie (1 kHz, 20°C), ε∥ - ε⊥
- ε∥
- Anteil der Dielektrizitätskonstante parallel zur Moleküllängsachse (1 kHz, 20 °C),
- ε⊥
- Anteil der Dielektrizitätskonstante senkrecht zur Moleküllängsachse (1 kHz, 20 °C)
- γ1
- Rotationsviskosität (20°C),
- tstore
- Tieftemperatur-Lagerstabilität in Stunden (-20°C, -30°C, -40°C),
- V10
- Schwellenspannung = charakteristische Spannung bei einem relativen Kontrast von 10 %,
- V90
- Sättigungsspannung = charakteristische Spannung bei einem relativen Kontrast von 90 %,
- k1
- elastische Konstante Spreizdeformation (splay deformation, auch k11)
- k3
- elastische Konstante Biegedeformation (bend deformation, auch k33)
- k3/k1
- Verhältnis von k3 zu k1,
- V0
- kapazitive bzw. Freederickzs-Schwellenspannung
- Klp.
- Clearing point (phase transition temperature nematic-isotropic),
- .DELTA.n
- optical anisotropy (589 nm, 20 ° C.),
- Δε
- dielectric anisotropy (1 kHz, 20 ° C), ε ∥ - ε ⊥
- ε ∥
- Proportion of the dielectric constant parallel to the molecular axis (1 kHz, 20 ° C),
- ε ⊥
- Proportion of the dielectric constant perpendicular to the molecular longitudinal axis (1 kHz, 20 ° C)
- γ 1
- Rotational viscosity (20 ° C),
- t store
- Cryogenic storage stability in hours (-20 ° C, -30 ° C, -40 ° C),
- V 10
- Threshold voltage = characteristic voltage at a relative contrast of 10%,
- V 90
- Saturation voltage = characteristic voltage at a relative contrast of 90%,
- k 1
- Spreizdeformation elastic constant (splay deformation, also k 11)
- k 3
- elastic constant bending deformation (also k 33 )
- k 3 / k 1
- Ratio of k 3 to k 1 ,
- V 0
- capacitive or Freederickzs threshold voltage
Durch langsame Zugabe von 141 g (70,9 mmol) 1-Brom-4-propylbenzol zu 20 g (823 mmol) Magnesium in 200 ml trockenem THF wird eine Grignard- Lösung hergestellt. Nach 1 h Rühren unter Rückfluss wird mit 1 I THF verdünnt und auf -35°C gekühlt. Am Trockeneiskühler werden 100 g (0,86 mol) Chlortrifluorethylen langsam eingeleitet und 1,5 h gerührt. Die Reaktionslösung wird auf RT erwärmt, 12 h gerührt und in eine Mischung aus Eis/2N HCl eingerührt. Die organische Phase wird abgetrennt. Die wässrige Phase wird mit MTB-Ether extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden mit Wasser und NaCl-Lösung gewaschen, getrocknet und eingeengt. Das Produkt ist eine farblose Flüssigkeit.By slow addition of 141 g (70.9 mmol) of 1-bromo-4-propylbenzene to 20 g (823 mmol) of magnesium in 200 ml of dry THF, a Grignard solution is prepared. After stirring for 1 h under reflux, it is diluted with 1 l of THF and cooled to -35 ° C. 100 g (0.86 mol) of chlorotrifluoroethylene are slowly introduced into the dry ice cooler and stirred for 1.5 h. The reaction solution is warmed to RT, stirred for 12 h and stirred into a mixture of ice / 2N HCl. The organic phase is separated off. The aqueous phase is extracted with MTB ether. The combined organic phases are washed with water and NaCl solution, dried and concentrated. The product is a colorless liquid.
Zu 18,2 g (97 mmol) Natriumorthosilikat in 50 ml Wasser werden unter Stickstoff 2,02 g (30 mmol) Bis(tricyclohexylphosphin)palladium(II)chlorid und 0,154 ml (30 mmol) Hydraziniumhydroxid gegeben und 5 min gerührt. Dazu werden 32,5 g (142 mmol) des Produktes aus Beispiel 1.1 und 50 g (141 mmol) der Boronsäureverbindung gegeben und 12 h am Rückfluss gerührt. Anschließend wird die organische Phase abgetrennt, der Rest ausgeschüttelt und alle organischen Phasen vereinigt. Die Reinigung erfolgt durch Fraktionierung über 1 I Kieselgel mit Pentan. Die Produktfraktion wird aus kaltem Isopropanol kristallisiert. Farblose Kristalle (Schmp. 55°C, > 99 % GC/HPLC). K 55 N 75 I.2.02 g (30 mmol) of bis (tricyclohexylphosphine) palladium (II) chloride and 0.154 ml (30 mmol) of hydrazinium hydroxide are added under nitrogen to 18.2 g (97 mmol) of sodium orthosilicate in 50 ml of water and stirred for 5 min. 32.5 g (142 mmol) of the product from Example 1.1 and 50 g (141 mmol) of the boronic acid compound are added thereto and the mixture is stirred at reflux for 12 h. Then the organic phase is separated off, the residue is shaken out and all organic phases are combined. The purification is carried out by fractionation over 1 l of silica gel with pentane. The product fraction is crystallized from cold isopropanol. Colorless crystals (mp 55 ° C,> 99% GC / HPLC). K 55 N 75 I.
Zu 3,75 g (19,9 mmol) Natriumorthosilikat in 10 ml Wasser werden unter Stickstoff 0,40 g (0,72 mmol) Bis(tricyclohexylphosphin)palladium(II)chlorid und 0,35 ml (0,72 mmol) Hydraziniumchlorid gegeben und 5 min gerührt. Dazu werden 7,23 g (28 mmol) der Boronsäure und 7,50 g (27 mmol) der Chlordifluorethenverbindung gegeben und 12 h am Rückfluss gerührt. Nach der Aufarbeitung analog Beispiel 1.1 wird aus Toluol/Methanol kristallisiert (Schmp. 39°C; > 99 % GC/HPLC). K 39 SmB 110 SmA 221 N 226 I.
Claims (14)
- Liquid-crystalline medium of positive dielectric anisotropy based on a mixture of compounds, characterised in that it comprises one or more compounds of the formula IR1 denotes a halogenated or unsubstituted alkyl or alkoxy radical having 1 to 15 C atoms, where, in addition, one or more CH2 groups in these radicals may each be replaced, independently of one another, by -C≡C-, -CH=CH-, -O-, -CO-O- or -O-CO- in such a way that O atoms are not linked directly to one another,Z1, Z2 denote a single bond, -C≡C-, -CF=CF-, -CH=CH-, -CF2O- or -CH2CH2-, where at least one group from Z1 and Z2 denotes the group -CF=CF-,X denotes F, Cl, CN, SF5 or a halogenated or unsubstituted alkyl or alkoxy radical having 1 to 15 C atoms, where, in addition, one or more CH2 groups in these radicals may each be replaced, independently of one another, by -C≡C-, -CH=CH-, -O-, -CO-O- or -O-CO- in such a way that O atoms are not linked directly to one another,L1, L2, L3, L4, L5 and L6 each, independently of one another, denote H or F, andm denotes 0 or 1,and
additionally one or more selected compounds of the general formulae K-1 to K-12:R0 denotes n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 9 C atoms. - Liquid-crystalline medium according to Claim 1, characterised in thatX denotes F, Cl, CN, or a halogenated alkyl or alkoxy radical having 1 to 15 C atoms, where, in addition, one or more CH2 groups in these radicals may each be replaced, independently of one another, by -C≡C-, -CH=CH-, -O-, -CO-O- or -O-CO- in such a way that O atoms are not linked directly to one another.
- Liquid-crystalline medium according to Claim 1 or 2, characterised in thatm denotes 1.
- Liquid-crystalline medium according to at least one of Claims 1 to 4, characterised in that it additionally comprises one or more selected compounds of the general formulae Z-1 to Z-9:R1a and R2a each, independently of one another, denote H, CH3, C2H5 or n-C3H7,R0 denotes n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 9 C atoms,alkyl, alkyl* denote an unsubstituted n-alkyl radical having 1 to 7 C atoms, andalkenyl denotes an unsubstituted alkenyl radical having 2-7 C atoms.
- Liquid-crystalline medium according to at least one of Claims 1 to 5, characterised in that it additionally comprises one or more compounds selected from the group consisting of the general formulae II, III, IV, V and VI:R0 denotes n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 9 C atoms,X0 denotes F, Cl, halogenated alkyl, halogenated alkenyl, halogenated alkenyloxy or halogenated alkoxy having up to 6 C atoms,Z0 denotes -C2F4-, -CF=CF-, -C2H4-, -(CH2)4-, -OCH2-, -CH2O-, -CF2O- or -OCF2-,Y1 to Y4 each, independently of one another, denote H or F,r denotes 0 or 1, andt denotes 0, 1 or 2.
- Liquid-crystalline medium according to at least one of Claims 1 to 6, characterised in that it additionally comprises one or more compounds selected from the group consisting of the general formulae XIV and XV:R0 denotes n-alkyl, oxaalkyl, fluoroalkyl or alkenyl, each having up to 9 C atoms,X0 denotes F, Cl, halogenated alkyl, halogenated alkenyl, halogenated alkenyloxy or halogenated alkoxy having up to 6 C atoms,rings A and B, independently of one another, denote 1,4-phenylene which is substituted by 0, 1 or 2 fluorine, andwhere in each case at least one of the 1,4-phenylene rings is mono- or polysubstituted by fluorine atoms.
- Use of the liquid-crystalline medium according to at least one of Claims 1 to 11 for electro-optical purposes.
- Electro-optical liquid-crystal display containing a liquid-crystalline medium according to at least one of Claims 1 to 11.
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